不对称细胞分裂是植物体轴形成的基本步骤之一。在大多数开花植物中，顶基轴是由合子的不对称分裂形成的。在一个模型工厂里拟南芥卵细胞顶端有细胞核。受精后，受精卵迅速伸长，细胞核向顶端一侧移动，形成顶基极性，导致不对称分裂。小的顶细胞几乎产生了整个植物体，大的基细胞形成了茎柄，最后形成了根尖的一部分。因此，合子极化是发育的关键步骤，然而，由于很难观察到位于花深处的活合子，其机制几乎是未知的。这使得我们不可能看到是什么变化导致了受精卵的极化。

图1所示。细胞骨架的活细胞成像。(A)如何可视化受精卵胞内结构的示意图。(B, C)表达MT/细胞核(B)或F-actin/细胞核(C)标记的细长受精卵的2PEM图像。右图显示了每个受精卵的摘要。箭头为细胞核，括号为根尖下横MT环(B)或根尖f -肌动蛋白帽(C)(标尺:10 μm)。
该数据修改自Kimata et al.(2016)，《美国科学学报》113(49):14157-14162。

为了了解受精卵如何极化，我们开发了活细胞成像系统来可视化受精卵的细胞内结构(图1A)。我们解剖花朵，取出含有幼小受精卵的胚珠，把它们放入液体培养基中，让它们存活。产生荧光标记来特异性标记受精卵中的结构。在本研究中，我们官方manbetx手机版主要关注细胞骨架，即微管(MT)和肌动蛋白丝(F-actin)。我们首先用共聚焦显微镜观察了MT和受精卵的细胞核，但我们无法检测到MT的任何纤维状结构，因此我们采用了适合活细胞深度成像的双光子激发显微镜(2PEM)。在对2PEM成像条件进行优化后，我们最终获得了MT纤维的清晰图像。

使用该系统，我们追踪了卵细胞和受精卵的MT动态(图1B)。在卵细胞内，线粒体沿顶基轴排列，但受精后，线粒体模式被打乱。当合子伸长时，mt在根尖下区域形成横向环，在基侧形成螺旋形皮质阵列(图1B)。细胞伸长完成后，MT环消失，另一个称为PPB (pre - prophase band)的环在细胞核周围出现。最后在有丝分裂过程中，MT形成纺锤体和片质体分裂合子。

接下来，我们对f -肌动蛋白动态进行实时成像(图1C)。在卵细胞中，f -肌动蛋白呈网状结构，受精后这种结构也像mt一样被打乱。在伸长的受精卵中，f -肌动蛋白纵向排列，并聚集在顶端末端形成顶帽(图1C)。在有丝分裂时，f -肌动蛋白也定位于膜质体。

为了分析细胞骨架在合子极化中的作用，我们观察了当每个细胞骨架被特定抑制剂破坏时发生的情况(图2A)。在MT聚合抑制剂(oryzalin)的存在下，与DMSO(对照溶剂)处理的受精卵相比，受精卵肿胀且没有充分伸长。然而，细胞核正确地向顶端一侧移动。相比之下，肌动蛋白聚合抑制剂(latrunculin B;LatB)处理轻微抑制了细胞伸长，但更严重地损害了核迁移。这些结果表明，MTs控制着细胞的定向伸长，而f -肌动蛋白对于细胞核向顶端区域移动至关重要(图2B)。

图2所示。细胞骨架在合子极化中的作用。(A)对照DMSO、MT聚合抑制剂(oryzalin)或肌动蛋白聚合抑制剂(LatB)处理受精卵的共聚焦图像。图像下的插图总结了各自受精卵的细胞形状和核位置。(B) MTs和F-actin在受精卵极化中的模式和作用示意图。
该数据修改自Kimata et al.(2016)，《美国科学学报》113(49):14157-14162。

我们的研官方manbetx手机版究表明，MT和F-action在受精过程中都是无序的，并以特定的模式重新定向，在受精卵极化中发挥特定的作用(图2B)。合子不对称分裂是各种植物(包括褐藻、苔藓和陆生植物)建立顶基轴的共同特征。因此，我们希望我们的研究结果能够阐明植物是如何形成它们的身体轴来正常发育的。

木俣佑介，上田美子
名古屋大学科学研究生院生物科学部
日本名古屋大学转化生物分子研究所

出版

细胞骨架动力学控制拟南芥受精卵第一次不对称细胞分裂。
Kimata Y, Higaki T, Kawashima T, Kurihara D, Sato Y, Yamada T, Hasezawa S, Berger F, higasyama T, Ueda M
中国科学院学报2016年12月6日

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