Plant Cell | 西北农林科技大学刘夏燕/郁飞课题组揭示植物细胞有丝分裂调控的新机制

有丝分裂中染色体的均等分离是生命科学最基本和最重要的生物学过程之一。染色体分离异常导致非整倍体、基因组不稳定性、以及包括癌症在内的多种疾病。在染色体着丝粒组装的动粒复合体介导染色体与纺锤体微管的连接，在染色体会聚和分离中发挥重要功能。动物细胞中，定位于动粒的驱动蛋白CENP-E促进染色体从两极向赤道板的转运，是促进染色体在赤道板列队的关键调控因子，但植物中是否存在类似机制此前尚不明确。

近日，西北农林科技大学生命科学学院和未来农业研究院刘夏燕/郁飞课题组在The Plant Cell在线发表了题为The kinesin motor POS3 and the microtubule polymerase MOR1 coordinate chromosome congression during mitosis in Arabidopsis的研究论文，鉴定了植物中CENP-E同源蛋白POS3，揭示了POS3在有丝分裂过程中动粒定位的动态变化特征，阐明了POS3在染色体会聚调控中的核心作用，并揭示了POS3与拟南芥微管聚合酶XMAP215同源蛋白MOR1直接互作，协同调控染色体会聚和均等分离。

该研究通过微管解聚药物超敏感突变体的正向遗传筛选获得了一系列propyzamide oversensitive（pos）突变体。发现POS3基因编码kinesin-7家族驱动蛋白，与CENP-E具有序列相似性。活细胞成像发现POS3-GFP以细胞周期依赖的方式动态定位于动粒。POS3功能缺失导致有丝分裂期持续时间增长、染色体列队异常、非整倍体细胞增多等有丝分裂缺陷。追踪pos3-1突变体有丝分裂中染色体的动态，发现在微管解聚药物处理条件下pos3-1突变体中常常出现染色体滞留在两极，无法在赤道板会聚的现象。进一步研究发现POS3与编码拟南芥XMAP215微管聚合酶的MOR1基因存在遗传互作，协同调控染色体会聚和分离，并且MOR1与POS3蛋白直接互作，促进POS3的动粒定位。

上述发现，确立了动粒驱动蛋白POS3是植物中被寻觅已久的介导染色体与纺锤体微管连接的动粒驱动蛋白，揭示了POS3-MOR1功能单元在染色体会聚和分离调控中的作用，增进对植物细胞分裂的微管调控机理的理解。

POS3与MOR1协同调控染色体会聚

刘夏燕/郁飞课题组长期聚焦微管调控植物生长发育的分子机制，先后揭示了MOR1与微管切割蛋白KTN1协同调控植物细胞分裂和细胞伸长以及IQD家族蛋白ABS6促进KTN1介导的微管切割和细胞定向伸长的分子机制（Chen et al., 2022; Li et al., 2021）。西北农林科技大学已毕业博士陈煜、博士研究生刘灏锋和已毕业博士李远凤为该论文第一作者，刘夏燕教授为通讯作者。西北农林科技大学郁飞教授和哈佛大学Jen Sheen教授为该研究提供了重要的支持和指导。该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金以及陕西省自然科学基础研究项目的资助。

参考文献：

Chen, Y., Liu, X., Zhang, W., Li, J., Liu, H., Yang, L., Lei, P., Zhang, H., and Yu, F. (2022). MOR1/MAP215 acts synergistically with katanin to control cell division and anisotropic cell elongation in Arabidopsis. Plant Cell 34: 3006-3027.

Li, Y., Deng, M., Liu, H., Li, Y., Chen, Y., Jia, M., Xue, H., Shao, J., Zhao, J., Qi, Y., An, L., Yu, F., and Liu, X. (2021). ABNORMAL SHOOT 6 interacts with KATANIN 1 and SHADE AVOIDANCE 4 to promote cortical microtubule severing and ordering in Arabidopsis. J Integr Plant Biol 63: 646-661.

https://doi.org/10.1093/plcell/koaf053