2021年5月16日，The Plant Journal在线发表了武汉大学生命科学学院杂交水稻国家重点实验室赵洁课题组题为“AtNUF2 modulates spindle microtubule organization and chromosome segregation during mitosis”的研究论文，该项研究揭示了NDC80复合物亚基AtNUF2通过调控拟南芥胚、胚乳和根发育期间纺锤体微管的组织并确保染色体分离而介导有丝分裂的功能和机制，为NDC80复合体的后续研究奠定了基础。
NDC80核分裂周期蛋白复合物是由NUF2、SPC25、NDC80和SPC24四个亚基组成的保守真核生物复合物。在酵母和动物细胞中，该复合物位于动粒外层，在细胞分裂过程中将动粒内层与纺锤体微管（MT）连接起来。在酵母中，NUF2突变干扰双极纺锤体的形成并导致细胞周期停滞，SPC25和SPC24沉默表达造成染色体错位和MT异常。尽管NDC80复合物的生物学功能已在酵母和动物中取得了很大的进展，但目前对高等植物NDC80复合物与MT的关系尚不清楚，特别是对NUF2和SPC25的功能机制知之甚少。
为研究真核生物中AtNUF2的保守性，通过氨基酸序列比对发现，AtNUF2含有保守的MT结合位点，其他NDC80复合物亚基也在真核生物中具有保守性，且AtNUF2直接与AtNDC80和AtSPC25亚基结合。表达模式分析显示，AtNUF2在营养和生殖器官中广泛表达，尤其是在胚胎发育的不同阶段。
利用免疫组化分析方法对顶端分生组织细胞中AtNUF2的亚细胞动态定位进行观察，结果表明AtNUF2属于保守的动粒蛋白，在有丝分裂细胞周期过程中与MTs共定位。生物学功能分析发现，AtNUF2敲除突变导致胚胎细胞分裂和游离胚乳核细胞化受抑制，AtNUF2功能缺失致使胚和胚乳的正常发育过程受到阻碍，从而导致了nuf2-1/+和nuf2-3/+种子败育（图1）。进一步分析发现，AtNUF2同时在拟南芥胚和胚乳发育过程中发挥重要作用。
图1. nuf2突变体的表现鉴定
利用nuf2-3/-DA部分回补幼苗分析AtNUF2在营养发育期间的功能，结果发现该突变体的初生根长度显著短于WT，其幼苗长势缓慢。统计学分析显示，nuf2-3/-DA根尖分生组织（RAM）明显短于WT，此处多数细胞为死亡状态，处于有丝分裂阶段的细胞数目显著减少，表明突变体幼苗的短根表型是由于根尖RAM的细胞活性降低造成的。这说明AtNUF2在有丝分裂周期的细胞分裂和染色体分离中发挥关键作用。
为进一步研究AtNUF2的功能，利用荧光免疫染色观察根尖细胞有丝分裂阶段的MT列阵，结果发现在中期阶段，nuf2-3/-DA细胞中伞形纺锤体MTs在相反两极上的分布不均匀，导致后期染色体运动发生缺陷，以及染色体滞后现象的出现（图2）。这表明AtNUF2作用是有丝分裂不可分割的一部分，其功能的发挥很可能与MTs相关联。体外共沉淀实验结果显示，AtNDC80复合物与MTs的结合可能依赖于AtSPC25亚基。此外，基于有丝分裂期间AtSPC25和AtNUF2的等效动态定位及互作关系表明，它们可能共同在拟南芥细胞有丝分裂过程中发挥重要作用。
图2. nuf2-3/-DA幼苗的MT列阵异常
总之，AtNUF2突变导致有丝分裂期间纺锤体MTs的空间分布紊乱，这进一步影响正常的有丝分裂过程，导致胚胎发育停滞和胚乳细胞化失败，表明AtNUF2在拟南芥种子和幼苗发育过程中发挥重要作用。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15347
来源：植物生物学
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