MIRO1 ảnh hưởng đến hình thái và phân bố trong tế bào của ty thể trong quá trình phân chia tế bào phôi ở Arabidopsis

Plant Cell Reports - Tập 30 - Trang 239-244 - 2010
Shohei Yamaoka1, Masaki Nakajima1, Masaru Fujimoto1,2, Nobuhiro Tsutsumi1
1Graduate School of Agricultural and Life Sciences, The University of Tokyo, Tokyo, Japan
2Graduate School of Science, the University of Tokyo, Tokyo, Japan

Tóm tắt

Điều chỉnh hình thái và phân bố bên trong tế bào của ty thể là điều cần thiết cho sự phát triển phôi ở động vật. Tuy nhiên, tầm quan trọng của việc điều chỉnh này vẫn chưa được xác định rõ ràng ở thực vật. Các protein Miro, được bảo tồn qua tiến hóa, được biết đến là có liên quan đến việc điều chỉnh hình thái và khả năng vận động của ty thể. Chúng tôi đã chứng minh rằng MIRO1, một đồng hình của protein Miro trong Arabidopsis thaliana, là cần thiết cho sự hình thành phôi. Một đột biến chèn vào gen MIRO1 dẫn đến việc dừng lại quá trình phân chia tế bào phôi, dẫn tới sự sảy thai của phôi ở giai đoạn sớm. Tại đây, chúng tôi đã điều tra vai trò của MIRO1 trong việc điều chỉnh hành vi của ty thể trong tế bào trứng và phôi giai đoạn đầu bằng cách sử dụng ty thể đánh dấu GFP. Kính hiển vi quét laser hai photon đã cho thấy, trong các tế bào trứng đột biến miro1, ty thể bị phình to bất thường, mặc dù hình thành tế bào trứng gần như không bị ảnh hưởng. Sau khi thụ tinh và sự phân chia tế bào hợp tử tiếp theo, phôi hai tế bào đồng hợp homozygous miro1 có số lượng ty thể giảm đáng kể ở tế bào ngọn so với kiểu dại, cho thấy rằng đột biến miro1 ức chế sự phân bố trên tế bào của ty thể, dẫn đến sự dừng lại của quá trình phân chia tế bào phôi. Những phát hiện của chúng tôi gợi ý rằng hình thái ty thể và phân bố ở nội bào phù hợp được duy trì bởi MIRO1 và rất quan trọng cho sự phân chia tế bào phôi.

Từ khóa

#ty thể #MIRO1 #embryogenesis #Arabidopsis #phân chia tế bào phôi

Tài liệu tham khảo

Arimura S, Tsutsumi N (2002) A dynamin-like protein (ADL2b), rather than FtsZ, is involved in Arabidopsis mitochondrial division. Proc Natl Acad Sci USA 99:5727–5731 Arimura S, Aida GP, Fujimoto M, Nakazono M, Tsutsumi N (2004a) Arabidopsis dynamin-like protein 2a (ADL2a), like ADL2b, is involved in plant mitochondrial division. Plant Cell Physiol 45:236–242 Arimura S, Yamamoto J, Aida GP, Nakazono M, Tsutsumi N (2004b) Frequent fusion and fission of plant mitochondria with unequal nucleoid distribution. Proc Natl Acad Sci USA 101:7805–7808 Chen H, Detmer SA, Ewald AJ, Griffin EE, Fraser SE, Chan DC (2003) Mitofusins Mfn1 and Mfn2 coordinately regulate mitochondrial fusion and are essential for embryonic development. J Cell Biol 160:189–200 Clough SJ, Bent AF (1998) Floral dip: A simplified method for Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana. Plant J 16:735–743 Diboll AG, Larson DA (1966) An electron microscopic study of the mature megagametophyte in Zea mays. Am J Bot 53:391–402 Dong J, Yang HY (1989) An ultrastructural study of embryo sac in Oryza sativa L. Acta Bot Sin 31:81–88 Faure JE, Mogensen HL, Kranz E, Digonnet C, Dumas C (1992) Ultrastructural characterization and three-dimensional reconstruction of isolated maize (Zea mays L.) egg cell protoplasts. Protoplasma 171:97–103 Feng X, Arimura S, Hirano H, Sakamoto W, Tsutsumi N (2004) Isolation of mutants with aberrant mitochondrial morphology from Arabidopsis thaliana. Genes Genet Syst 79:301–305 Fransson Å, Ruusala A, Asprnström P (2003) Atypical Rho GTPases have roles in mitochondrial homeostasis and apoptosis. J Biol Chem 278:6495–6502 Fransson Å, Ruusala A, Asprnström P (2006) The atypical Rho GTPases Miro-1 and Miro-2 have essential roles in mitochondrial trafficking. Biophys Biochem Res Commun 344:500–510 Frederick RL, McCaffery JM, Cunningham KW, Okamoto K, Shaw JM (2004) Yeast Miro GTPase, Gem1p, regulates mitochondrial morphology via a novel pathway. J Cell Biol 167:87–98 Frederick RL, Okamoto K, Shaw JM (2008) Multiple pathways influence mitochondrial inheritance in budding yeast. Genetics 178:825–837 Fujimoto M, Arimura S, Mano S, Kondo M, Saito C, Ueda T, Nakazono M, Nakano A, Nishimura M, Tsutsumi N (2009) Arabidopsis dynamin-related proteins DRP3A and DRP3B are functionally redundant in mitochondrial fission, but have distinct roles in peroxisomal fission. Plant J 58:388–400 Glater EE, Megeath LJ, Stowers RS, Schwarz TL (2006) Axonal transport of mitochondria requires milton to recruit kinesin heavy chain and is light chain independent. J Cell Biol 173:545–557 Guo X, Macleod GT, Wellington A, Hu F, Panchumarthi S, Schoenfield M, Marin L, Charlton MP, Atwood HL, Zinsmaier KE (2005) The GTPase dMiro is required for axonal transport of mitochondria to Drosophila synapses. Neuron 47:379–393 Ishihara N, Nomura M, Jofuku A, Kato H, Suzuki SO, Masuda K, Otera H, Nakanishi Y, Nonaka I, Goto Y, Taguchi N, Morinaga H, Maeda M, Takayanagi R, Yokota S, Mihara K (2009) Mitochondrial fission factor Drp1 is essential for embryonic development and synapse formation in mice. Nat Cell Biol 11:958–966 Jensen WA, Schulz P, Ashton ME (1977) An ultrastructural study of early endosperm development and synergid changes in unfertilized cotton ovules. Planta 133:179–189 Karimi M, De Meyer B, Hilson P (2005) Modular cloning in plant cells. Trends Plant Sci 10:103–105 Kuroiwa H, Kuroiwa T (1992) Giant mitochondria in the mature egg of Pelargonium zonale. Protoplasma 168:184–188 Kuroiwa H, Ohta T, Kuroiwa T (1996) Studies on the development and three-dimensional reconstruction of giant mitochondria and their nuclei in egg cells of Pelargonium zonale Ait. Protoplasma 192:235–244 Kuroiwa H, Nishimura Y, Higashiyama T, Kuroiwa T (2002) Pelargonium embryogenesis: cytological investigations of organelles in early embryogenesis from the egg to the two-celled embryo. Sex Plant Reprod 15:1–12 Logan DC (2006) Plant mitochondrial dynamics. Biochim Biophys Acta 1763:430–441 Logan DC, Scott I, Tobin AK (2004) ADL2a, like ADL2b, is involved in the control of higher plant mitochondrial morphology. J Exp Bot 55:783–785 MacAskill AF, Rinholm JE, Twelvetrees AE, Arancibia-Carcamo IL, Muir J, Fransson A, Aspenstrom P, Attwell D, Kittler JT (2009) Miro1 is a calcium sensor for glutamate receptor-dependent localization of mitochondria at synapses. Neuron 61:541–555 Mansfield SG, Briarty LG (1991) Early embryogenesis in Arabidopsis thaliana. II. The developing embryo. Can J Bot 69:461–476 Mansfield SG, Briarty LG, Erni S (1991) Early embryogenesis in Arabidopsis thaliana. I. The mature embryo sac. Can J Bot 69:447–460 Mól R, Idzikowska K, Dumas C, Matthys-Rochon E (2000) Late steps of egg cell differentiation are accelerated by pollination in Zea mays L. Planta 210:749–757 Saotome M, Safiulina D, Szabadkai G, Das S, Fransson Å, Aspenstrom P, Rizzuto R, Hajnóczky G (2008) Bidirectional Ca2+-dependent control of mitochondrial dynamics by the Miro GTPase. Proc Natl Acad Sci USA 105:20728–20733 Sheahan MB, Rose RJ, McCurdy DW (2004) Organelle inheritance in plant cell division: the actin cytoskeleton is required for unbiased inheritance of chloroplasts, mitochondria and endoplasmic reticulum in dividing protoplasts. Plant J 37:379–390 Sheahan MB, McCurdy DW, Rose RJ (2005) Mitochondria as a connected population: ensuring continuity of the mitochondrial genome during plant cell dedifferentiation through massive mitochondrial fusion. Plant J 44:744–755 Steffen JG, Kang I-H, Macfarlane J, Drews GN (2007) Identification of genes expressed in the Arabidopsis female gametophyte. Plant J 51:281–292 Sumner MJ, Vancaeseele L (1989) The ultrastructure and cytochemistry of the egg apparatus of Brassica campestris. Can J Bot 67:177–190 Takanashi H, Ohnishi T, Mogi M, Okamoto T, Arimura S, Tsutsumi N (2010) Studies of mitochondrial morphology and DNA amount in the rice egg cell. Curr Genet 56:33–41 Tourte Y (1975) Ultrastructural study of oogenesis of a fern—Pteridium aquilinum (L.) kuhn. J Microsc Biol Cell 23:301–316 Wakabayashi J, Zhang Z, Wakabayashi N, Tamura Y, Fukaya M, Kensler TW, Iijima M, Sesaki H (2009) The dynamin-related GTPase Drp1 is required for embryonic and brain development in mice. J Cell Biol 186:805–816 Wang X, Schwarz TL (2009) The mechanism of Ca2+-dependent regulation of kinesin-mediated mitochondrial motility. Cell 136:163–174 Yamaoka S, Leaver CJ (2008) EMB2473/MIRO1, an Arabidopsis Miro GTPase, is required for embryogenesis and influences mitochondrial morphology in pollen. Plant Cell 20:589–601