微管是胚乳細(xì)胞形態(tài)建成的骨架成分，維持胚乳細(xì)胞的分裂和增殖，從而決定了玉米籽粒“庫容”，直接影響產(chǎn)量。微管的聚合與解聚是細(xì)胞周期中不可或缺的生物學(xué)過程，受多種微管相關(guān)蛋白和決定局部可溶性微管蛋白二聚體濃度的輔助因子共同調(diào)控，處于聚合和解聚的穩(wěn)態(tài)平衡。微管蛋白折疊輔助因子B（TFCB）是α微管蛋白形成過程中的重要因子，TFCB在哺乳動(dòng)物中可能通過猝滅微管加性末端結(jié)合蛋白EB1（END-BINDING1）調(diào)控微管的動(dòng)態(tài)解聚。植物尤其是禾本科作物玉米TFCB是否與哺乳動(dòng)物TFCB的功能存在平行進(jìn)化關(guān)系，以及其對胚乳細(xì)胞微管的形成和穩(wěn)態(tài)調(diào)控機(jī)制尚不清楚。

       近日，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)湯繼華教授團(tuán)隊(duì)在New Phytologist上在線發(fā)表了題為Maize tubulin folding cofactor B is required for cell division and cell growth through modulating microtubule homeostasis的研究論文，揭示了ZmTFCB通過調(diào)節(jié)微管穩(wěn)態(tài)影響胚乳細(xì)胞分裂和生長進(jìn)而調(diào)控玉米籽粒發(fā)育的分子機(jī)制。

       crk2是湯繼華教授在育種選系過程中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)玉米籽粒突變體，其胚乳細(xì)胞數(shù)量和大小均較野生型顯著降低，成熟籽粒的胚畸形或苗期致死。研究人員通過圖位克隆和功能回補(bǔ)證實(shí)編碼微管蛋白折疊輔助因子B的Zm00001d002942是導(dǎo)致crk2籽粒突變表型的目的基因，命名為ZmTFCB。研究表明，新生成的α-微管蛋白依次與細(xì)胞質(zhì)中含有伴侶蛋白TCP-1的CCT復(fù)合體 ε亞基ZmCCT5、靶向細(xì)胞質(zhì)的微管蛋白折疊輔助因子B（ZmTFCB）和E（ZmTFCE）互作促進(jìn)其折疊和α/β微管蛋白異源二聚體的形成，進(jìn)而影響紡錘體和成膜體的微管陣列及皮質(zhì)微管的聚合，從而調(diào)控細(xì)胞的分裂和生長。ZmTFCB過表達(dá)時(shí)，ZmTFCB結(jié)合微管加性末端結(jié)合蛋白ZmEB1，將其保留在細(xì)胞質(zhì)中，從而促進(jìn)微管的解聚，破壞細(xì)胞內(nèi)微管的穩(wěn)態(tài)。

ZmTFCB與ZmTFCB互作因子對微管穩(wěn)態(tài)的調(diào)控

       此外，研究還發(fā)現(xiàn)crk2突變體中存在另一個(gè)ZmTFCB拷貝ZmTFCB-h，該拷貝的C末端缺失了與α-微管蛋白和ZmTFCE互作的重要基序DEI，喪失了對α-微管蛋白折疊的促進(jìn)作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)ZmTFCB在自然界存在4種不同形式的拷貝，不同自交系中具有的ZmTFCB拷貝類型和拷貝數(shù)不同，且ZmTFCB的表達(dá)量與其拷貝數(shù)顯著負(fù)相關(guān)，這可能與不同遺傳背景下順反調(diào)控元件的不平衡有關(guān)，但其具體的作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。該研究證實(shí)玉米ZmTFCB的作用機(jī)制與哺乳動(dòng)物TFCB相對保守但又有一定的物種特異性，通過調(diào)控細(xì)胞微管穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而影響胚乳細(xì)胞分裂和生長，調(diào)控籽粒發(fā)育。

ZmTFCB的拷貝數(shù)及其表達(dá)

       河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院教師周清倩和付志遠(yuǎn)對該研究做出了同等貢獻(xiàn)，為論文的共同第一作者，付志遠(yuǎn)、王桂鳳和湯繼華教授為本文的共同通訊作者。西北農(nóng)林科技大學(xué)秦濤教授、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)毛同林教授他也參與了本研究并提供了重要指導(dǎo)和幫助。本研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和河南省科技攻關(guān)等項(xiàng)目的資助。