极光激酶A与EB1c调控植物成膜体微管稳定性的分子机制研究

Plant cytokinesis is brought about by the microtubule-based phragmoplast and plays essential roles in plant growth and development. To date, it is largely unclear how microtubule dynamics is regulated in the phragmoplast. Our preliminary results showed that in Arabidopsis the Aurora-A kinase was detected in the midline of the phragmoplast and compromised Aurora-A function was accompanied by of abnormal phragmoplast microtubule arrays and defects in cytokinesis. The microtubule plus end tracking protein EB1c is also concentrated at the phragmoplast midline. We found that EB1c was phosphorylated by Aurora-A in vitro. Therefore, we propose that Aurora-A governs phragmoplast microtubule reorganization during cytokinesis in part through regulating EB1c function. In this proposal, we will take approaches of cell biology, molecular biology and biochemistry to elucidate the phragmoplast midline localization mechanism of Aurora-A kinase, analyze the interaction between Aurora-A kinase and EB1c, consequently identify interacting domains, characterize phosphorylation sites of EB1c by Aurora-A kinase in vivo & vitro, and demonstrate the crosstalk between Aurora-A kinase and EB1c in phragmoplast microtubule reorganization during cytokinesis. The outcome of this project will bring our insights into the regulation mechanism of microtubule dynamics in phragmoplast and ultimately advance our comprehensive knowledge on plant cytokinesis.

成膜体介导的胞质分裂对植物的生长发育发挥了重要的作用，在胞质分裂过程中成膜体微管阵列动态变化的调控机制有待于进一步的阐明。我们通过前期研究发现拟南芥极光激酶A在胞质分裂过程中定位于成膜体中央区域，植株缺陷极光激酶A后成膜体装配及胞质分裂会受到抑制。后续研究发现微管正端结合蛋白EB1c在胞质分裂过程中定位模式与极光激酶A相似，极光激酶A在体外也能够磷酸化EB1c。因此我们推测拟南芥极光激酶A可能通过调控EB1c的功能来影响成膜体微管阵列的动态变化。在此基础上，本项目拟利用细胞生物学、分子生物学及生物化学等手段明确极光激酶A在植物胞质分裂过程中的定位机制，分析极光激酶A与EB1c的相互作用及互作区域，解析极光激酶A对EB1c的蛋白修饰过程，阐明极光激酶A通过EB1c调控成膜体微管稳定性的分子机理。研究结果将有助于深入了解成膜体微管阵列动态变化的调控机制，以便我们更加全面地认识植物胞质分裂过程。

在真核生物中极光激酶A被普遍认为是纺锤体组装的重要调控因子。本项目前期研究发现拟南芥极光激酶A除了定位于纺锤体之外，在胞质分裂过程中还出现在成膜体中央区域。然而植物极光激酶A在成膜体中的定位机制及其在胞质分裂中的功能尚不清晰。本项目的主要研究内容是解析拟南芥极光激酶A调控成膜体微管动态变化的分子和细胞生物学机制。我们发现拟南芥极光激酶A缺陷突变体中成膜体微管阵列的组装及扩展受到影响，扩展中的成膜体边缘微管排列疏松且出现脱落现象，另外突变体中成膜体扩张速度明显低于野生型对照；进一步研究发现极光激酶A在成膜体中央与微管正端结合蛋白EB1c及成膜体微管交联蛋白MAP65-3发生相互作用，在胞质分裂过程中极光激酶A能够磷酸化修饰EB1c和MAP65-3；与野生对照相比，这两个靶蛋白在极光激酶A缺陷突变体中的定位发生改变；靶蛋白磷酸化位点突变回补及细胞学分析结果进一步阐明在植物胞质分裂过程中，极光激酶A通过改变EB1c及MAP65-3的定位及结合微管的活性，参与调控成膜体微管阵列的装配及扩张。本项目的研究结果为解析植物胞质分裂提供了新的细胞生物学证据，也为植物极光激酶家族的功能研究提供了新的见解。

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