细胞骨架主要包括微管与微丝骨架系统，是植物生长发育与环境适应、细胞分裂与形态建成等过程的结构基础。植物周质微管(cortical microtubules)主要在物质运输、导向纤维素微纤丝沉积及细胞壁合成等方面发挥重要作用。微管骨架的排列方式与细胞生长及方向有关。微管骨架具有高度动态的特征，能并对光、激素、逆境胁迫、机械力等信号刺激作出响应并发生重排。在不同形式微管阵列的转换过程中，微管切割 (Microtubule severing)是一个很重要的过程。微管切割主要由进化保守的KATANIN（来源于日本武士刀katana一词）蛋白复合体完成。拟南芥KATANIN p60编码基因KTN1的突变体，细胞伸长减少，细胞壁合成异常，株型矮小、莲座叶紧凑，茎秆脆化。突变体的微管组织对光信号、激素信号及机械力的响应均出现异常。近年来，国内外研究组对KTN1调控微管切割的细胞学机制取得了很多重要进展。但是，植物生长发育与细胞形态建成过程中，KTN1蛋白是否发生磷酸化及其调控还不清楚。
JIPB 近日在线发表了福建农林大学林德书课题组题为“PP2A interacts with KATANIN to promote microtubule organization and conical cell morphogenesis”(https://doi.org/10.1111/jipb.13281)的研究论文。该研究发现蛋白磷酸酶PP2A亚基与KTN1互作调控其去磷酸化和蛋白稳定性，并影响微管骨排列和锥形细胞形态建成。林德书课题组通过免疫共沉淀结合质谱技术，鉴定到PP2A亚基能与KTN1相互作用。近一步通过生化实验鉴定了PP2A亚基与KTN1存在相互作用, 但其互作强度可能较弱。PP2A复合体能使 KTN1去磷酸化。pp2a突变体中，KTN1的磷酸化水平增强，蛋白量减少。细胞学实验发现，pp2a突变体的微管排列无序，锥形细胞（花瓣中特有的一类细胞）形态异常，类似于ktn1突变体。该研究发现了PP2A是一个锥形细胞形态建成的调控因子，并报道了KTN1的磷酸化调控在植物生长发育和细胞形态建成中发挥作用。
图 PP2A-KTN1调控微管排列和锥形细胞形态建成
林德书课题组近年来主要从事微管骨架与细胞形态建成的研究工作。发现了小G蛋白ROP信号调控微管排列和花瓣形态（Ren et al., 2016, Plant Physiology）;鉴定到一个新的微管结合蛋白IPGA1参与调控微管排列和花瓣形态建成（Yang et al., 2019, J Exp Bot）。发现生长素介导的细胞壁酸化调控花瓣锥形细胞形态发生（Dang et al., 2020, Cell Reports）。揭示KTN1调控的微管骨架的螺旋有序化排列影响花瓣锥形细胞形态（Ren et al., 2017, PLoS Genetics; Dang et al., 2018, PLoS Genetics; Ren et al., 2022, JIPB）。这篇论文进一步揭示了蛋白磷酸酶PP2A与KTN1互作调控磷酸化和蛋白稳定性，并影响微管排列和锥形细胞形态。海峡联合研究院基础林学与蛋白组研究中心任慧波副教授为该论文的第一作者，林德书教授为通讯作者。硕士研究生饶金秋、唐敏也参与了本研究。该研究得到了福建省自然科学基金和国家自然科学基金的资助。
参考文献1. Dang, X., Chen, B., Liu, F., Ren, H., Liu, X., Zhou, J., Qin, Y., and Lin, D. (2020). Auxin signaling-mediated apoplastic pH modification functions in petal conical cell shaping. Cell Rep. 30:3904-3916.2. Dang, X., Yu, P., Li, Y., Yang, Y., Zhang, Y., Ren, H., Chen, B., and Lin D. (2018). Reactive oxygen species mediate conical cell shaping in Arabidopsis thaliana petals. PLoS Genet. 14:e1007705.3. Ren, H., Dang, X., Yang, Y., Huang, D., Liu, M., Gao, X., and Lin, D. (2016). SPIKE1 activates ROP GTPase to modulate petal growth and shape. Plant Physiol. 172:358-371.4. Ren, H,, Dang, X., Cai, X., Yu, P., Li, Y., Zhang, S., Liu, M., Chen, B., and Lin, D. (2017). Spatio-temporal orientation of microtubules controls conical cell shape in Arabidopsis thaliana petals. PLoS Genet. 13(6):e1006851.5. Ren,H., Rao, J., Tang, M., Li,Y., Dang,X., and Lin, D. (2022). PP2A interacts with KATANIN to promote microtubule organization and conical cell morphogenesis. JIPB. Doi.10.1111/jipb.13281.6. Yang, Y., Chen, B., Dang, X., Zhu, L., Rao, J., Ren, H., Lin, C., Qin ,Y., and Lin, D. (2019). Arabidopsis IPGA1 is a microtubule-associated protein essential for cell expansion during petal morphogenesis. J Exp Bot. 70:5231-5243.
