（植物學(xué)專業(yè)論文）植物細(xì)胞周期及花粉管生長(zhǎng)中微絲和微管的相互作用.pdf

摘要 微管和微絲是細(xì)胞骨架的重要組成部分，植物發(fā)育過(guò)程中各種類型的細(xì)胞中都存在微絲微管 的相互作用。我們利用擬南芥懸浮培養(yǎng)細(xì)胞和百合花粉管分別研究了微管早前期帶形成過(guò)程中和 花粉管極性生長(zhǎng)過(guò)程中微絲微管的相互作用。 首先我們利用骨架特異性藥物處理，并通過(guò)激光共聚焦顯微鏡調(diào)查了擬南芥懸浮培養(yǎng)細(xì)胞中 微管早前期帶( p r o p r o p h a s eb a n d ，p p b ) 的形成過(guò)程。微絲微管熒光雙標(biāo)記顯示，間期細(xì)胞的微 絲無(wú)規(guī)則排布。不與周質(zhì)微管共定位。而在p p b 形成期間周質(zhì)微絲與微管共定位。在p p b 起始 形成階段，微絲帶與寬微管帶起形成并與微管帶一起變窄。用微絲解聚劑l a t r u n c u l i na 處理細(xì) 胞，雖然寬微管帶仍然可以形成但不能變窄：而在微絲穩(wěn)定性藥物p h a l l o i d i n ( 鬼筆環(huán)肽) 存在的 情況下，p p b 的形成沒(méi)有顯示任何不正常，因此完整的微絲骨架對(duì)形成正常的p p b 是必要的，而 微絲的動(dòng)態(tài)并不是必需的。用b d m ( 2 ，3 b u t a n e d i o n em o n o x i m e ，2 , 3 - 丁二酮單肟，一種m y o s i n ( 肌球蛋白) 抑制劑) 處理，p p b 的正常形成受到阻遏，停留在寬的微管帶的階段，表明a c t o m y o s i n 與p p b 形成有關(guān)。用問(wèn)接免疫熒光同時(shí)標(biāo)記微管和m y o s i n ，顯示在p p b 形成期m y o s i n 在p p b 區(qū)域有富集現(xiàn)象。結(jié)果表明當(dāng)寬微管帶變窄形成p p b 時(shí)微絲骨架可能在p p b 區(qū)域作為軌道利用 m y o s i n 運(yùn)輸周質(zhì)微管。 雖然研究已經(jīng)表明微絲骨架在花粉管生長(zhǎng)中有及其重要的作用，但微管骨架的作用仍然有爭(zhēng) 議。為了檢驗(yàn)微管在花粉管生長(zhǎng)中的作用，我們以百合花粉管為材料，對(duì)正在生長(zhǎng)中的花粉管分 別用不同濃度的微管解聚劑( o r y z a l i n ，黃草消) 和穩(wěn)定劑( t a x o l ，紫杉醇) 進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)微管 解聚對(duì)花粉管極性生長(zhǎng)沒(méi)有明顯的影響，而隨t a g o l 濃度逐漸增高，花粉管的生長(zhǎng)隨微管的穩(wěn)定 被抑制。進(jìn)一步對(duì)花粉管端部進(jìn)行局部藥物處理，發(fā)現(xiàn)局部破壞花粉管端部的微管幾乎不影響花 粉管生長(zhǎng)，而局部穩(wěn)定微管則使花粉管向偏離微管穩(wěn)定一側(cè)的方向生長(zhǎng)。結(jié)果表明，保持花粉管 端部的微管處于動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性對(duì)于花粉管的極性生長(zhǎng)是至關(guān)重要的。 為了檢驗(yàn)m y o s i n 在花粉管中的作f j ，我們以百合花粉管為試材，用特異的m y o s i n 抑制劑b d m 處理花粉管，發(fā)現(xiàn)用2 0m m o l l 的b d m 處理花粉管使花粉管端部膨大呈球形，端部的微絲和微 管的分布也發(fā)生了變化。在之后的恢復(fù)實(shí)驗(yàn)中，微絲、徽管重新恢復(fù)極性分布，花粉管端部也重 新恢復(fù)極性生長(zhǎng)，不過(guò)在恢復(fù)過(guò)程中微管比微絲恢復(fù)得要慢?；ǚ酃芏瞬炕謴?fù)極性沒(méi)有固定位置 和方向。說(shuō)明m y o s i n 在花粉管端部生長(zhǎng)中起著重要作用，抑制m y o s i n 將使花粉管端部微絲受到 影響，進(jìn)而影響微管和花粉管的極性生長(zhǎng)。 關(guān)鍵詞：微絲，微管，肌球蛋白，早前期帶，極性生長(zhǎng)，擬南芥懸浮培養(yǎng)細(xì)胞，百合花粉管 a b s t r a c t m i c r o t u b u l e sa n da c t i nf i l a m e n t sa r em a j o rc o m p o n e n t so ft h ec y t o s k e l a t o ni nc e l l s i n t e r a c t i o n s b e t w e e nm i c r o t u b u l e sa n dm i c r o f i i n m e n t se x i s t i nv a r i o u sk i n d so fc e l l st h r o u g h o u tt h ep r o g r e s s e s d u r i n gp l a n td e v e l o p m e n t ，i nt h i ss t u d y , s u s p e n s i o nc u l t u r e dc e l l so f a r a b i d o p s i st h a l 婦n aa n dp o l l e n t u b e so fl i l y 化f 日m 2l o n g i f l o r u m ) w e r ee m p l o y e dt os t u d yt h ei n t e m c t i o n sb e t w e e nm i c r o t u b u l e sa n d m i c r o f i l a m e n t sd u r i n gt h ef o r m a t i o no fp r e p r o p h a s eb a n d ( p p b ) a n dp o l a r i z e dg r o w t ho fp o l l e nt u b e ， r e s p e c t i v e l y t h ef o r m a t i o no f m i c r o t u b u l e 啪si sc o m p o s e do f as e r i e so f e v e n t st op o s i t i o nt h en e wc e l lp l a t e s i nm o s tp l a n t s h o w e v e r , t h em e c h a n i s mo f p p bf o r m a t i o nr e m a i n st ob ec l a r i f i e d i np r e s e n ts t u d y , t h e o r g a n i z a t i o no fp p b si na r a b i d o p s i ss u s p e n s i o nc u l t u r e dc e l l sw a si n v e s t i g a t e db yc o n f o c a ll a s e r s c a n n i n gm i c r o s c o p yc o m b i n e dw i mp h a r m a c o l o g i c a l t r e a t m e n t so fr e a g e n t s s p e c i f i c f o rt h e c y t o s k e l e t o ne l e m e n t s ，d o u b l es t a l n i n go ff - a c t i na n dm i c r o t u b u l e ss h o w e dt h a ta c t i nf i l a m e n t sw e r e a r r a n g e dr a n d o m l ya n dn o tc o - l o c a l i z e dw i t hc o r t i c a lm i c r o t u b u l e si ni n t e r p h a s ec e l l s h o w e v e r , c o r t i c a l a e t i n f i l a m e n t sc o l o e a l i z e d w i t h m i c r o t u b u l e s d u r i n g t h e f o r m a t i o no f p p b 3 a b r o a d a c t i n b a n d f o r m e d w i t ht h eb r o a dm i c r o t u b u l eb a n di nt h ei n i t i a t i o no fp p ba n dn a r r o w e dd o w nt o g e t h e rw i t ht h e m i c r o t u b u l eb a n dt of o r n lt h ep p b n e v e r t h e l e s s b r o a dm i c r o t u b u l eb a n d sw e l ef o r m e db u tf a i l e dt o n a r r o wd o w ni nc e l l st r e a t e dw i t ht h ef - a c t i nd i s r u p t o rl a t r u n c u l i na i nc o n t r a s t ，i nt h ep r e s e n c eo f p h a l l o i d i n ，as p e c i f i cf - a c t i ns t a b i l i z i n gd r u g , p p bf o r m a t i o nd i dn o te x h i b i ta n ya b n o r m a l i t y t h e r e f o r e ， t h ei n t e g r i t y , b u tn o tt h ed y n a m i c s ，o ft h ea c t i nc y t o s k e l e t o ni sn e c e s s a r yf o rt h ef o r m a t i o no fn o r m a l p p b s t r e a t m e n tw i t h2 ，3 - b u t a n e d i o n em o n o x i m e ( b d m ) ，am y o s i ni n h i b i t o r , a l s or e s u l t e di nt h e f o r m a t i o no f b r o a dm i c r o t u b u l eb a n d s ，i n d i c a t i n gt h a ta c t o m y o s i nm a yb ei n v o l v e di nt h er e a r r a n g e m e n t o f m i c r o t u b u l e st of o r mt h ep p b s d o u b l es t a i n i n go f m i c r o t u b u l e sa n dm y o s i n sr e v e a l e dt h a tm y o s i n s c o n c e n t r a t e di nt h ep p br e g i o nd u r i n gi t sf o r m a t i o n i ti ss u g g e s t e dt h a tt h ea c t i nc y t o s k e l e t o na tt h e p p bs i t em a ys e w ea sat r a c kt ot r a n s p o r tc o r t i c a lm i c r o t u b u l e sb yu s i n gm y o s i n sw h e nt h eb r o a d m i c r o t u b u l eb a n db a r r o w sd o w nt of o r mt h ep p b a l t h o u g ht h ea c t i nc y t o s k e l e t o ni sc r i t i c a lf o rp o l l e nt u b eg r o w t h ，t h er o l e so fm i c r o t u b u l e sa r es t i l l u n d e rd e b a t e i np r e s e n ts t u d y , g r o w t ho fl i l yp o l l e nt u b ew a si n v e s t i g a t e db yc o n f o c a ll a s e rs c a n n i n g m i c r o s c o p ya n dp h a r m a c o l o g i c a lt r e a t m e n t so fm i c r o t u b u l e - s p e c i f l cd r u g s ，o r y z a l i na n dt a x 0 1 i tw a s r e v e a l e dt h a tp o l l e nt u b eg r o w t hw a si n h i b i t e dw h e nt r e a t e dw i t ht a x o lt os t a b i l i z em i c r o t u b u l e s h o w e v e r a os i g n i f i c a n te f f e c tw a so b s e r v e dw h e nt r e a t e dw i t ho r y z a l i nt od i s r u p tm i c r o t u b u l e s i n a d d i t i o n ，l o c a ls t a b i l i z a t i o no fm i c r o t u b u l e sa tt h ep o l l e nt u b et i pc a u s e dc h a n g eo ft h ed i r e c t i o no f g r o w i n gp o l l e nt u b e ，t u r n e da w a yf r o mt h el o c a l l ym i c r o t u b u t e - s t a b i l i z e ds i d eb yt h et r e a t m e n t ，b u tn o o b v i o u sc h a n g e sw e r eo b s e r v e dw h e nm i c m t a b u l e sa tt h ep o l l e nt u b et i pw e r ed i s r u p t e dl o c a l l y i ti s s u g g e s t e dt h a tt h ed y n a m i c so fm i c r o t u b u l e si np o l l e nt u b et i pi si n d i s p e n s a b l ef o rp o l a r i z e dg r o w t ho f p o l l e nt u b e s i i i no r d e rt oi n v e s t i g a t et h er o l eo fm y o s i n si nd pg r o w t ho fp o l l e nt u b e s ，b d m ，ag e n e r a lm y o s i n a t p a s ei n h i b i t o r , w a sa p p l i e dd u r i n gt h e 邱g r o w t ho fl i l yp o l l e nt u b e s t r e a t m e n tw i t h2 0m m o l l b d mr e s u l t e di nac h a n g ef r o ma n i s o t r o p yt oi s o t r o p yo fp o l l e nt u b eg r o w t h t h ed i s t r i b u t i o no f m i e r o f i l a m e n t sa n dm i c r o t u b u l e sa tt h et i po fp o l l e nt u b e sw a sa l s oc h a n g e dw i t h s u c ht r e a t m e n t a f t e r t h er e m o v a lo fb d m ，m i c r o f i l a m e n t s ，m i c r o t u b u l e s ，a n dt h ep o l a rg r o w t ho fp o l l e nt u b e sb a c k e dt o n o r m a l t h er e f o r m a t i o no f m i c r o t u b u l ea r r a yt o o kl o n g e rt i m et h a na c t i t tf i l a m e n t sd u r i n gt h ep r o c e s s t h ed i r e c t i o no fr e n e w e dp o l a rg r o w t ho ft h ep o l l e nt u b ew a su n c e r t a i n t h e s er e s u l t ss u g g e s t e dt h a t m y o s i n sp l a y e s s e n t i a lr o l ei nt i pg r o w t ho fp o l l e nt u b e i n h i b i t i o no fm y o s i n sm a ya f f e c ta c t i n f i l a m e n t s ，a n d 如m 日t h ed i s t r i b u t i o no f m i e r o t u b u | e sa n dt h et | pg r o v a l ao f p o u c ht u b e s k e yw o r d s ：a c t i n ，m i c r o t u b u l e ，m y o s i n ，p r e p r o p h a s eb a n d ，p o l a rg r o w t h , a r a b i d o p s & s u s p e n s i o n c u l t m _ e dc e l l ，咖p o l l e nt u b e i l l 英文縮寫 a p m b i 砷“ b s a c d d m s o e g l a f i t c l a t a m 【b s m e s m l - 7 o r y z a l i n p b s p h a l l o i d i n p i p e s p m s f t a x o l t r l t c 英文名稱 縮略詞 a b b r e v i a t i 0 1 1 $ a m i p r o p h o s m e t h y | 2 3 - b m a n e d i o n em o n o x i m e b o v i n es c n l ma l b u m i n c y t o e h a l a s i nd d i m e t h y ls u l f o x i d e e t h y l e n eg l y c o l - b i s ( b - a m i n o e t h y le t h e 0 - n ，n ，n ，n t e t r a c e t i ca c i d f l u o r e s c e i ni s o t h i o c y a n a t e l a t r u n c u l i na 3 - m a l e i m i d o b e n z o i ca c i dn h y d r o x y s u c c i n i m i d e e s t e r 2 一f n - m o r p h o l i n o ) e t h a n e s u l f o n i ca c i d 1 - ( 5 一i o d o n a p h t h a l e n e - 1 一s u l f o n y l ) - l h - h e x h y d r o 1 4 一 d i a z a o i n e p h o s p h a t eb u f f e rs o l l u t i o n p i p e r a z i n e - n , n - b i s2 - e t h a n e s u l f o n i ca c i d p h e n y l m e t h y l s u l f o n y lf l u o r i d e p a e l i t a x e l t e t r a m e t h y lr h o d a m i n ei s o t h i o c y a n a t e 中文名稱 甲基胺草磷 2 , 3 一丁二酮單肟 牛血清白蛋白 細(xì)胞松弛素d 二甲基亞砜 乙二醇雙( 1 3 - 氨己基) 四乙酸 異硫氰酸熒光素 2 n 嗎啡啉已磺酸 黃草消 磷酸鹽緩沖液 鬼筆環(huán)肽 哌嗪_ n _ n 1 2 已烷磺酸 苯甲基磺酰氟 紫杉醇 四甲基羅丹明異硫氰酸酯 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成 果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā) 表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū) 而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明 確的說(shuō)明并表示了謝意。 研究生簽名： 巷森互 時(shí)間：7 , o d 年f 月岱日 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留 送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù) 制手段保存、匯編學(xué)位論文。同意中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)可以用不同方式在不同媒體上發(fā)表、 傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議) 研究生簽名： 導(dǎo)師簽名 丑時(shí)間：伽口z 年珀s 日 時(shí)間：咖6 年6 月心日 春 舭秘翹 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)搏士學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 第一章文獻(xiàn)綜述 1 1 植物細(xì)胞周期中微管微絲相互作用 雖然微管微絲各自有其不同的功能，但人們?cè)絹?lái)越清楚地看到這些似乎界限分明的細(xì)胞骨架 系統(tǒng)之間卻有明顯的相互作用存在，這種相互作用構(gòu)成許多基本的細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程，包括細(xì)胞形 態(tài)建成、極性生長(zhǎng)、細(xì)胞分裂、傷口愈合和胞質(zhì)流動(dòng)，等等。一般說(shuō)來(lái)這種細(xì)胞骨架相互作用發(fā) 生在那些要求建立和維持動(dòng)態(tài)的細(xì)胞不對(duì)稱的過(guò)程中，這些不對(duì)稱過(guò)程對(duì)刺激作出反應(yīng)，在形狀 和方向上作出迅速的細(xì)胞內(nèi)重組和改變。這些相互作用的普遍發(fā)生表明了它們對(duì)生命活動(dòng)的重要 性，因此了解微絲微管相互作用的機(jī)理是理解生物形態(tài)建成的關(guān)鍵，這反過(guò)來(lái)又是理解某些生命 過(guò)程的一個(gè)重要步驟。 對(duì)植物微絲和微管間功能性的相互作用方面的研究已經(jīng)積累了很多的證據(jù)，主要包括過(guò) 去的藥理學(xué)研究和固定組織的觀察，以及最近利用分子生物學(xué)技術(shù)在活體細(xì)胞研究中取得的 重要進(jìn)展。 1 1 1 植物細(xì)胞周期中微絲和微管的動(dòng)態(tài)分布 在植物細(xì)胞周期中，不同時(shí)期的植物細(xì)胞具有不同的微管列陣。一般來(lái)說(shuō)，高等植物細(xì)胞周 期中存在四種類型的微管列陣( 如圖1 - 1 ) ：即問(wèn)期周質(zhì)微管列陣( c o n c a 】m i c r o t u b u l e ) 、早前期 微管帶( p r e p r o p h a s eb a n d ，簡(jiǎn)稱p p b ) 、紡錘體微管( s p i n d l em i c m t u b u l e ) 和成膜體微管 ( p h r a g m o p l a s t m i c m t u b u l e ) 。這些微管列陣在細(xì)胞周期的不同階段執(zhí)行著不同的功能，并隨著細(xì) 胞周期的過(guò)程發(fā)生有規(guī)律的轉(zhuǎn)換。植物微絲骨架也遍及整個(gè)細(xì)胞周期，它們也隨細(xì)胞時(shí)期的不同 組裝成不同的動(dòng)態(tài)列陣。 間期細(xì)胞中，微絲和微管主要存在于細(xì)胞周質(zhì)中，在核周圍和胞質(zhì)中微絲與微管也有分布， 它們的分布相似但不完全相同，可能微絲和微管都參與了細(xì)胞的形態(tài)建成、核定位到胞質(zhì)中心和 胞質(zhì)細(xì)胞器的移動(dòng)( s c h m i t a n d l a m b e r t ，1 9 8 7 ) 。 在細(xì)胞即將進(jìn)入分裂期時(shí)，靠近質(zhì)膜，纖細(xì)的周質(zhì)微絲平行于周質(zhì)微管( s o n o b ea n d s h i b a o k a ，1 9 8 9 ) 。在由g 2 期向m 期轉(zhuǎn)化過(guò)程中微絲從周質(zhì)匯聚，或者重新聚合與微管早前期 帶共排列而形成微絲早前期帶( 圖1 - 1 ) ，微絲帶所占區(qū)域比微管帶要寬，它們標(biāo)志著將來(lái)新細(xì) 胞壁形成的位置( c l e a r y ，1 9 9 5 ) ，這個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成對(duì)于形態(tài)建成是至關(guān)重要的，并且它影 響著微管和微絲相互作用。 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文 第博文獻(xiàn)綜述 圖1 - 1正在分裂的植物細(xì)胞的細(xì)胞骨架組裝 f i g u r e1 - 1c y t o s k e l e l a lo r g a n i z a t i o ni nd i v i d i n gp l a n tc e l l s d r a w i n g sf o rp r o p h a s ea n di n t e r p b a s ec e l l sr e p r e s e n tp r o j e c t i o n so fa t h r e e d i m e n s i o n a lv i e ws h o w i n gb o t ht h ec e l l s u r f a c ea n di n t e r n a lf e a t u r e s d r a w i n g sf o rc e l l si nm i t o s i sa n dc y t o k i n e s i sr e p r e s e n tm i d p l a n e ，c r o s s s e c t i o n a lv i e w s s h o w i n go n l yt h eo u t l i n e so f t h ec e l lc o r t e x a ta l ls t a g e so f t h e c e l lc y c l e ，c y t o p l a s m i cs t r a n d sc o n t a i n i n ga c t i nf i l a m e n t s s p a nt h ev a c u o l e ，l i n k i n gt h ec y t o p l a s ms u r r o u n d i n gt h en u c l e u sw i t ht h ec o r t i c a lc y t o p l a s m d u r i n gp r o p h a s e ，ac o r t i c a l p r e p r o p h a s eb a n d ( p p b 、o fm i c r o t n b u l e sc i r c u m s c r i b e st h ef u t u r ep l a n eo fc e l ld i v i s i o n a c t i nf i l a m e n t sa r ed i s t r i b u t e d t h r o u g h o u tt h ec e l lc o r t e xd u r i n gp r o p h a s e ，b u ts o m ea l ec l e a r l ya l i g n e dt o g e t h e rw i t ht h em i c r o t u b u l e so ft h ep p bw h e n t h em i c r o t u b u l ep p bi sd i s a s s e m b l e do ne n t r yi n t om i t o s i s ，t h ea c t i oc o m p o n e n to ft h ep p ba l s od i s a p p e a r s ，l e a v i n g b e h i n da l la c t i nd e p l e t e dz o n ei nt h ec e l lc o r t e xt h a tp e r s i s t sa n dm a r k st h ed i v i s i o ns i t et h r o u g h o u tm i t o s i sa n d c y t o k i n e s i sa f t e rc o m p l e t i o no fm i t o s i s ，ap h r a g m o p l a s to fm i c r o t u b u l e sa n da c t i nf i l a m e n t si s i n i t i a t e db e t w e e n d a u g h t e rn u c l e i w h i c hg u i d e st h em o v e m e n to fg o l g i d e r i v e dv e s i c l e sc o n t a i n i n gc e l lw a l lm a t e r i a l st ot h ec e l lp l a t ea s c y t o k i n e s i sp r o c e e d s ，t h ep h r a g m o p l a s te x p a n d sc e n t r i f u g a l l yu n t i li tf u s e sw i t ht h ep a r e n t a lp l a s m am e m b r a n ea n dc e l l w a l la tt h ec o r t i c a ld i v i s i o ns i t ep r e v i o u s l yo c c u p i e db yt h ep p b ( 引自s m i t h ，2 0 0 1 ) 在核膜崩解之后，大多數(shù)的微絲甲前期帶從周質(zhì)位置消失，從而導(dǎo)致形成一個(gè)微絲缺失 帶( a c t i nd e p l e t e dz o n e ，a d z ) 。這條帶準(zhǔn)確定位了細(xì)胞板的位置( c l e a r y ，1 9 9 5 ) 。同時(shí)，胞 質(zhì)微絲包圍和穿過(guò)有絲分裂紡錘體( k e n g e ne ta i ，1 9 9 5 ) ，在紡錘體周圍形成一個(gè)籠狀結(jié)構(gòu)。 而存南中期向后期轉(zhuǎn)換期間在赤道處這個(gè)籠狀結(jié)構(gòu)沿紡錘體軸延伸而在極區(qū)這個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)逐 漸變小( s c h m i ta n dl a m b e r t ，1 9 8 7 ) 。在微管紡錘體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)r _ 些微絲纖維，靠近兩極和著 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 絲粒微管處有微絲存在( s c h m i ta n d l a m b e r t ，1 9 9 0 3 。 在后期后段，一個(gè)新的微絲群體聚集在中間區(qū)。這些微絲侵入n a p 將形成成膜體的胞質(zhì)區(qū) ( s c l u n i ta n dl a m b e r t ，1 9 8 8 ) ，這個(gè)區(qū)域微絲數(shù)量的提高可能是一個(gè)主動(dòng)的機(jī)制( s c h m i ta n d l a m b e r t ，1 9 8 7 ；e n d l 6e ta l ，1 9 9 8 ) 。在后期的后一階段，一些微絲出現(xiàn)在細(xì)胞的中間區(qū)域，這些 微絲重新聚集靠近重新形成的核的表面( z h a n g a ta 1 ，1 9 9 3 ) ，它們的正端朝向細(xì)胞板( s t a e h e l i n a n dh e l p e r ，1 9 9 6 ) 。在末期，這些微絲縮短并形成圈靠近它們的母細(xì)胞壁( 圖1 - 1 ) 。周質(zhì)微絲連 接到成膜體的邊緣，指導(dǎo)成膜體側(cè)向生長(zhǎng)到之前被早前期帶所占據(jù)的位置( v a l s t e ra n dh e p l e r ， 1 9 9 7 ) 。 在整個(gè)植物細(xì)胞周期中，微絲和微管存在著廣泛的共定位現(xiàn)象。在細(xì)胞中微管存在的部位， 許多位置發(fā)現(xiàn)有微絲分布( 圖1 1 ) ，電鏡顯示一些細(xì)絲伴隨許多周質(zhì)微管( l a n c e l l ea n dh e p l e r ， 1 9 9 1 ：t o m i n a g a e ta 1 ，1 9 9 7 ) ，免疫金標(biāo)和重酶解m y o s i n 的標(biāo)記結(jié)果表明這些細(xì)絲是微絲( l a n c e l l e a n d h e p l e r ，1 9 9 1 ) 。免疫熒光研究也顯示了橫向的微絲與微管問(wèn)的共定位( t o m i n a g a e t a l ，1 9 9 7 ) 。 與細(xì)胞周期緊密聯(lián)系的周質(zhì)層( t o m i n a g a e ta 1 ，1 9 9 7 ) 、早前期微管帶( m i n e y u k i a n d p a l e v i t z1 9 9 0 ， e l e f l h e r i o ua n d p a l e v i t z l 9 9 2 ) 、穿過(guò)液泡的細(xì)胞質(zhì)索( k a d o t a a n d w a d a ，1 9 9 5 ) 、成膜體微管列陣 處( l l o y d ，1 9 8 7 ) 均有微絲與其共分布的現(xiàn)象。 1 1 2 細(xì)胞周期中微絲微管相互作用 在有絲分裂期問(wèn)微絲骨架與微管骨架緊密相關(guān)。已有很多有說(shuō)服力的證據(jù)顯示微絲和微管之 間相互依賴，它們或者相互替代或者協(xié)同作用( g a v i n ，1 9 9 7 ) 。幾種馬達(dá)蛋白可能執(zhí)行同等的功 能沿微絲和微管運(yùn)輸物質(zhì)( k a r k ia n dh o l z b a u m ，1 9 9 9 ) 。與微管骨架相關(guān)聯(lián)，微絲參與了細(xì)胞周 期中的許多事件，包括細(xì)胞分裂和胞質(zhì)分裂( t m a se ta 1 ，1 9 8 7 ；g a v i n ，1 9 9 7 ) 等。這些過(guò)程既 影響形態(tài)建成又關(guān)系到后期的發(fā)育，所以對(duì)這些過(guò)程的控制是至關(guān)重要的。 問(wèn)期周質(zhì)微絲微管相互作用 對(duì)于植物細(xì)胞周質(zhì)微絲和微管的研究較多，它們不但存在共定位現(xiàn)象，而且通過(guò)藥物處理發(fā) 現(xiàn)，兩種骨架系統(tǒng)中一種遭到破壞時(shí)，另一種會(huì)受到很大影響，其相互影響顯而易見(jiàn)。 微絲可能控制微管組裝：在許多細(xì)胞過(guò)程中用細(xì)胞松弛素破壞微絲會(huì)抑制微管的重新組裝。 在發(fā)育中的百日草的管狀組織中，微管利微絲有一個(gè)從縱向排列重新組裝成橫向排列的過(guò)程，在 此過(guò)程中利用細(xì)胞松弛素解聚微絲抑制了微管重新進(jìn)行橫向排列的過(guò)程( k o b a y a s h ie ta 1 ，1 9 8 8 ) 。 在同步化的煙草b y - 2 細(xì)胞中，用高濃度的細(xì)胞松弛素破壞微絲，阻止了正常的微管的重建，包括 細(xì)胞分裂之后的橫向的周質(zhì)微管列陣的重排( h a s e z a w ae ta 1 ，1 9 9 8 ) 。這些結(jié)果顯示周質(zhì)微絲有 助于穩(wěn)定橫向周質(zhì)微管列陣。在所有這些情況中雖然低濃度細(xì)胞松弛素睦時(shí)間處理攝終能使正常 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 的微管橫向列陣和細(xì)胞延長(zhǎng)方向遭到破壞，但它只能使正在轉(zhuǎn)變過(guò)程中的微管列陣受到破壞而不 能使已經(jīng)存在的穩(wěn)定的微管列陣發(fā)生快速的改變( s e a g u l l ，1 9 9 0 ) 。在轉(zhuǎn)g f p - t u b u l i n 融合基因的 煙草b y - 2 細(xì)胞從m 期向g | 期的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，利用b a ( b i s t h e o n e l l i d e a ，一種微絲破壞性藥物) 破 壞轍絲，結(jié)果微管不能正常組裝成周質(zhì)微管( y o n e d ae ta l ，2 0 0 4 ) ，顯示了微絲對(duì)于微管的重新 組裝起著至關(guān)重要的作用。 微管可能控制微絲的組裝：不但微絲可能控制周質(zhì)微管，周質(zhì)微絲的組裝也可能依賴微管。 微管的解聚導(dǎo)致胡蘿h 懸浮細(xì)胞微絲骨架的不規(guī)則變化和橫向周質(zhì)微絲的減少( t r a a se ta 1 ， 1 9 8 7 ) ，也能造成百日草正發(fā)育的管狀組織中微絲無(wú)序化( k o b a y a s h ie ta 1 ，1 9 8 8 ) 。不但用t a x o l 穩(wěn)定微管提高了微絲束的穩(wěn)定性，而且微管解聚也使黑麥根端細(xì)胞的微絲束對(duì)低溫的破壞更敏感 ( c h ue ta 1 ，1 9 9 3 ) 。雖然并未發(fā)現(xiàn)使微管解聚能夠明顯影響微絲，但微管解聚卻可以便微絲對(duì) 細(xì)胞松弛素變得更敏感。如在海藻中微管解聚雖沒(méi)影響周質(zhì)微絲，然而當(dāng)同時(shí)用細(xì)胞松弛素處理 時(shí)徽管解聚使微絲對(duì)藥物的敏感程度超出原來(lái)數(shù)十倍( c o l l i n g se l ：a 1 ，1 9 9 6 ) 。 早前期微管微絲相互作用 在多種植物的根尖細(xì)胞中早前期微管帶處有微絲共分布，有關(guān)微絲在早前期微管帶形成過(guò) 程中的作用目前還存在不同的說(shuō)法。當(dāng)用細(xì)胞松馳素處理小麥根尖后，早前期微絲帶消失而 微管帶依然存在，但是用秋水仙素處理后，則早前期帶處的微管和微絲均消失( m e c u r d ya n d g u n n i n g ，1 9 9 0 ) ，這似乎說(shuō)明是微管負(fù)責(zé)微絲的聚集。而另有報(bào)道表明，細(xì)胞松馳素處理洋蔥 根尖后早前期微管帶的形成受到抑制，寬度明顯增加( m i n e y u k ia n dp a l e v i t a , 1 9 9 0 ；e l e f t h u e r o u a n d p a l e v - t z ，1 9 9 2 ) ，這又引出另外一種觀點(diǎn)，即：微絲參與了早前期微管帶的形成過(guò)程。在前 期結(jié)束前p p b 中微絲沿微管解聚，但其它位置的微絲卻保留下來(lái)，在細(xì)胞周質(zhì)中p p b 原來(lái)的位置 留下一個(gè)微絲缺失區(qū)a d z ( 圖1 - 1 ) 。在許多類型的植物細(xì)胞中，遍及有絲分裂期和胞質(zhì)分裂期， a d z 均保留了下來(lái)并標(biāo)志著分裂位置( c l e a r ye ta 1 ，1 9 9 2 ：c l e a r y ，1 9 9 5 ) 。基于以上結(jié)果推 斷，p p b 留下的信號(hào)可能主要依靠基于微絲的信號(hào)在前期的沉積，并與有絲分裂的成膜體競(jìng)爭(zhēng) 保留下來(lái)的( g i m 6 n e z 。a b i f i ne ta 1 ，1 9 9 7 ) 。 中期微管微絲相互作用 對(duì)紡錘體處微絲存在與否及其功能的研究，結(jié)論還不一致。f o r e r 等通過(guò)電鏡觀察發(fā)現(xiàn) h a e m a n t h u s 的胚乳細(xì)胞的著絲點(diǎn)微管處有微絲分布，于是他們認(rèn)為微絲有可能在染色體移動(dòng)過(guò)程 中起作用( f o r e r 1 9 7 9 ) 。但是用1 0 肛g m l 的細(xì)胞松馳素破壞微絲后，并不影響染色體的移動(dòng) ( s c h m i ta n dl a m b e r t ，1 9 8 7 ) ，秋水仙素處理解聚微管后，對(duì)微絲的分布也無(wú)影響，因此微管與 微絲骨架之間似乎互不影響。而在小麥細(xì)胞中，統(tǒng)錘體微管處未發(fā)現(xiàn)有微絲分布( m c c u r d ya n d 4 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 g t m a i n g ，1 9 9 0 ) ，由于此時(shí)微管集中分布于紡錘體處，周質(zhì)中并不存在微管，因此此時(shí)周質(zhì)微絲 可能擔(dān)負(fù)著其它的功能( p a n t e r i se t a l ，1 9 9 2 ) 。 后期和末期微絲微管的相互作用 成膜體處有微絲和微管的共分布是處于分裂期的植物細(xì)胞的一個(gè)普遍特點(diǎn)。微管和微絲 是成膜體的主要成分，在植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂期間共同參與細(xì)胞板的形成( s t a e h e l i na n d h e p l e r ， 1 9 9 6 ) 。細(xì)胞松馳素處理破壞微絲后，成膜體微管依然存在，而用秋水仙素及黃草消解聚微 管后，該處的微絲卻不復(fù)存在，因此推測(cè)，成膜體微管負(fù)責(zé)著微絲的集中。但是經(jīng)過(guò)除草劑 c i p c ( c h l o r o i s o p r o p y l p h e n y lc a r b a m a t e ) 長(zhǎng)期處理破壞微管后，微絲依然存在( l l o y da n dt r a s s ， 1 9 8 8 ) 。有關(guān)成膜體處微絲的功能還存在爭(zhēng)論。微絲對(duì)囊泡類物質(zhì)運(yùn)輸?shù)匠嗟腊迨潜仨毜模?在這一過(guò)程中微管為微絲及m y o s i n 提供一個(gè)支架，成膜體處微絲被破壞后，雖然不影響細(xì)胞 分裂，但細(xì)胞板的位置不正常，例如用細(xì)胞松弛素處理正分裂的植物細(xì)胞造成新細(xì)胞壁的錯(cuò) 誤定位，這顯示胞質(zhì)分裂的空聞控制需要微絲( l l o y da n dt r a a s ，1 9 8 8 ) 。而影響微絲聚合的 物質(zhì)如單體a c t i n 結(jié)合蛋a p r o f i l i n ( v a l s t e re ta 1 ，1 9 9 7 ) 明顯影響胞質(zhì)分裂進(jìn)程。 藥理學(xué)研究也證明了在胞質(zhì)分裂的早期和后期a e l o m y o s i n 介導(dǎo)了成膜體與分裂位置之間的 動(dòng)態(tài)相互作用。例如用b d m 處理正進(jìn)行胞質(zhì)分裂的鴨跖草雄蕊毛細(xì)胞造成胞質(zhì)分裂早期細(xì)胞板 的錯(cuò)誤定位，而沒(méi)有改變成膜體細(xì)胞骨架的組裝( h e p l e re la 1 ，2 0 0 2 ) 。另外b d m 和m l - 7 在 胞質(zhì)分裂的后期延遲了細(xì)胞板的側(cè)向擴(kuò)展( m o l c h a n e l a l ，2 0 0 2 ) 。因此只有我們知道了每種植物 m y o s i n 在分裂細(xì)胞中的準(zhǔn)確定位和功能后，才能真正理解m y o s i n 在植物胞質(zhì)分裂中的功能。 1 1 3 用顯微注射和分子生物學(xué)方法研究微絲微管相互作用 近些年來(lái)用活體細(xì)胞研究動(dòng)物微絲微管相互作用已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，為了確定植物中微絲 微管