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Fimbrin首先在鸡小肠微绒毛的蛋白提取物中被发现,具有使微丝成束的功能。拟南芥中存在5个fimbrin的同源物,分别命名为AtFIM1-5。但有关拟南芥fimbrin的体内功能研究还不清楚。本论文对在花粉中高表达的fimbrin家族成员AtFIM5行使功能的细胞遗传机理进行了详细分析。从序列上看,AtFIM5和已鉴定的fimbrin具有较高的保守性,它与AtFIM1、Sac6p和L-plastin的氨基酸同源性分别为64.7％、33.3%和30.5%,氨基酸相似性分别为79.1%、49.2%和49.4%。结构同源模拟结果表明AtFIM5核心ABD结构的整体排布与AtFIM1类似,预示着AtFIM5可能行使与AtFIM1相似的调节微丝组装的功能。
为了深入研究AtFIM5的体内功能,我们采用T-DNA插入突变的方法对AtFIM5的功能进行了研究。首先从NASC获得了AtFIM5的两个T-DNA插入突变体,分别命名为fim5-1(cs856909)和fim5-2(cs853476)。RT-PCR结果表明两个突变体均为完全缺失突变体。杂合子自交及与野牛型植株的正反交遗传分析实验表明突变体雄配子体活性出现问题。对花粉在柱头上的萌发及花粉管在花柱道中的生长进行观察的结果表明花粉萌发滞后、花粉管生长速率降低。花粉的体外萌发实验进一步验证了这个结果,表现为突变体花粉萌发率降低、花粉管伸长速率变慢。此外,萌发的突变体花粉管中不正常的比例明显增加,其中不正常的花粉管以卷曲的为多,fim5-1和fim5-2卷曲花粉管比例分别达到36.97%±3.18%和33.44%±4.69%。微丝染色结果表明突变体花粉粒微丝排布紊乱,形成比较粗的束状结构:突变体花粉管槽部微丝变得稀疏,排布紊乱,许多微丝束不冉与花粉管伸长轴平行排列,微丝束进入花粉管顶端,且在顶端出现各种不同的排布方式。突变体花粉萌发率和花粉管伸长速率对LatB处理的敏感性增强,其中抑制花粉管伸长1/2所需LatB的浓度约为1.5 nM,而抑制野生型花粉管伸长1/2所需LatB的浓度约为4 nM。突变体花粉管的胞质环流过程也受到影响。胞质环流的整体速率下降,从野生型的5.67±0.45μm/s降到fim5-1的3.36±0.26μm/s和fim5-2的3.68±0.42μm/s;胞质环流颗粒进入花粉管顶端,导致约90%的突变体花粉管的“透明区”消失。
综上所述,AtFIM5可能通过稳定微丝而参与花粉粒和花粉管中微丝排布方式和动态的调节,进而调控花粉萌发和花粉管生长。本研究为植物fimbrin的体内功能分析提供了直接的遗传学和细胞学证据,同时丰富了我们对fimbrin普遍功能的认识。