在植物细胞中，微丝骨架对于调控细胞器运动、囊泡运输、细胞分裂等生物学过程起关键作用。植物细胞有丝分裂后期会形成细胞板，进而分裂成两个新的子细胞，这与动物细胞的分裂方式存在本质区别。由于植物细胞分裂的整个过程主要是由细胞骨架所主导，传统上人们普遍认为内质网等膜性结构只是间接参与，并不起主导作用。
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。
