微丝-肌球蛋白-胞质环流与棉纤维极性生长
批准号:
32100556
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王光达
依托单位:
学科分类:
细胞器及亚细胞结构、互作与功能
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王光达
中文摘要
棉花纤维的极性生长是棉花品质形成的关键。同时,棉花纤维细胞作为一种极度伸长的单细胞,一直是研究植物细胞极性生长的理想模型。在植物细胞的极性伸长过程中,微丝骨架的组织、肌球蛋白介导的囊泡运输以及由此产生的胞质环流都发挥了重要的功能。然而由于缺乏直接的活细胞证据,在棉花纤维细胞中的相关研究还几乎是一片空白。我们课题组前期活细胞显微成像分析,发现棉花纤维呈向顶的扩散性生长模式。本课题将进一步探究棉花纤维中的微丝骨架动态组织特性,同时也聚焦于肌球蛋白介导的囊泡运输及产生的胞质环流在棉花纤维极性生长的作用。并通活细胞的观察以及计算机模拟分析,深入解析“微丝骨架-肌球蛋白-胞质环流”所形成的三维交互网络。这些结果将为阐明植物细胞极性伸长的细胞驱动力、遗传改良棉花纤维品质提供重要理论依据。
英文摘要
Cotton fibers, have been regarded as an ideal highly elongated single cell model for plant cell polar growth. Highly polarized elongation of cotton fibers is a determine factor for fiber length, one of the most important indexes of fiber quality. Dynamic organization of actin filaments, and the myosin-mediated vesicle trafficking and the cytoplasmic streaming are considered to play vital roles during plant cell polarity elongation. However, lacking of direct evidences in living cells, cellular mechanisms for cotton fiber polar growth remain largely unknown. Our group has uncovered the tip-biased diffuse growth mode for cotton fibers using living cell imaging. In this study, we are going to further explore the dynamic behavior of actin filaments, as well as the myosin-directed vesicle trafficking and cytoplasmic streaming during cotton fiber development. Combining the living cell observation and computational modeling to Illuminate the three-dimensional interactive network of the “actin filaments-myosin-cytoplasmic streaming” system. These results will provide important insights into the clarification of the driven force for polar growth in plant cells. Moreover, it provides important theoretical basis for genetic improvement of cotton fiber quality.
棉花纤维是重要的天然纤维来源,其极性伸长既决定纤维品质与产量,也为研究植物细胞极性生长提供了理想模型。但是由于棉花难以转化和显微观察,深入解析棉花纤维极性生长的细胞学基础,特别是细胞骨架的作用,仍有待更多活细胞证据的支持。本项目利用活细胞显微成像技术,围绕“微丝骨架-肌球蛋白-胞质环流”三者在纤维极性伸长中的动态互作及调控机理,提出了提升棉纤维品质的分子新策略。我们发现肌球蛋白MyosinXI-2的运动速率,可以影响胞质环流的运动,进而重塑微丝骨架由松散向束状的转变,从而显著促进改变根毛细胞的伸长及植物的株高。进一步,创新性地将轮藻高速马达结构域与棉花MyosinXI-2融合,构建了Chara-Cotton-MyosinXI-2嵌合蛋白。转入棉花后,不仅显著加速纤维极性伸长,而且有效提升纤维成熟度与长度,降低短纤维含量,为纤维品质改良提供了潜在育种途径。此外,利用原子力显微镜(AFM)及共聚焦拉曼光谱(CRM)等技术,我们还揭示了纤维素沿纤维轴向的梯度分布模式及其对细胞壁力学特性的影响,为深入理解纤维品质形成提供了新的思路。.综上所述,本项目在分子与细胞水平系统解析了肌球蛋白-微丝骨架-胞质环流三维网络对棉纤维极性生长及细胞壁沉积的关键调控作用,并通过高速马达域改造,开辟了利用胞质环流加速棉纤维伸长的育种新路径。该研究不仅深化了对棉花纤维发育机制的认识,也为其他作物性状的细胞学与分子改良提供了可借鉴的理论依据和技术策略。
微丝-肌球蛋白-胞质环流与棉纤维极性生长
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批准号:--
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资助金额:30万元
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批准年份:2021
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负责人:王光达
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依托单位:
国内基金
海外基金