PNAS | 华中农业大学王鹏蔚课题组揭示植物内质网-质膜互作网络调控微丝骨架与细胞分裂的分子机制

近日，华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室 王鹏蔚 教授课题组在 PNAS 上发表了题为 The ER-PM interaction is essential for cytokinesis and recruits the actin cytoskeleton through the SCAR/WAVE complex 的研究论文，阐明了内质网-质膜接触位点调控微丝骨架聚合的分子基础，及其对植物细胞分裂的影响。

通过体电子显微镜与光学显微镜研究发现，在细胞有丝分裂后期，在细胞板附近也富集了大量的内质网与微丝骨架结构 (图1) ，暗示了内质网对细胞板的形成和扩张、植物细胞分裂可能具有重要意义。进一步研究证明，此过程需要依赖定位于内质网-质膜接触位点的VAP27蛋白与微丝成核调控因子SCAR/WAVE复合体。在植物中，内质网-质膜连接蛋白VAP27家族与微丝成核调控因子SCAR家族的多个成员之间都具有互作关系。通过AlphaFold3蛋白互作预测、酵母双杂交实验、体外蛋白互作验证以及转基因回补验证等手段，鉴定到了VAP27与SCAR互作的关键元件。

图1. 激光共聚焦（A）与体电子显微镜（B）研究发现细胞板与内质网紧密结合。

同时，高分辨率荧光共聚焦成像表明，在拟南芥根尖分生细胞的细胞板的发育过程中，VAP27首先出现在细胞分裂后期的细胞分裂面，而到细胞分裂末期，SCAR才被VAP27招募至细胞板，介导微丝的聚合与细胞板扩张，并引导细胞板向母细胞融合，促进子细胞的形成。相关基因的突变体均存在主根生长缺陷，特别是 vap27 多重突变体，根尖分生细胞的细胞板扩张方向异常、扩张速度慢，这表明VAP27和SCAR的互作对维持拟南芥的主根生长发育至关重要 （图2） 。

该研究不仅首次揭示了细胞板形成过程中内质网-质膜-微丝骨架存在紧密互作，也进一步说明了内质网可以作为“膜性骨架”结构，招募微丝调控因子，并反馈调节细胞骨架排布，为研究细胞骨架动态排布与植物细胞分裂提供了新的视角。

图2. 细胞分裂过程中VAP27-SCAR调控内质网-微丝骨架互作的模式图

王鹏蔚教授实验室长期致力于研究植物内质网-细胞器互作的分子机制与生物学功能，重点关注细胞器互作网络、细胞骨架在选择性自噬、植物生殖发育与果实发育等方面的作用。

王鹏蔚教授课题组成员博士研究生 张昕彤 、 郑启伟 、 李怡凡 ，博士后 臧婧泽 等参与了该项工作。 屈晓璐 研究员、 Michael Deeks 博士, Verena Kriechbaumer 博士、 Patrick J. Hussey 教授等参与指导相关研究。本项研究得到了国家自然科学基金国际合作项目、细胞器互作重大研究计划、华中农业大学青年团队培育项目、中国博士后科学基金等项目的支持。 王鹏蔚 教授为本文的通讯作者，华中农业大学园艺林学学院博士 许智晶 博士为本文的第一作者。