動(dòng)物和真菌細(xì)胞的分裂的分子機(jī)制已經(jīng)被深入研究，但由于部分關(guān)鍵蛋白不保守的緣故，植物和頂復(fù)門（Apicomplexan）生物的細(xì)胞分裂過程仍有許多未解之謎。其中一個(gè)例子便是 有絲分裂促進(jìn)因子CDC25磷酸酶。在動(dòng)物和真菌細(xì)胞中，當(dāng)DNA受到損傷或者未完成復(fù)制時(shí)，細(xì)胞周期調(diào)控的關(guān)鍵激酶cyclin-dependent kinase (CDK)被磷酸化失活，從而阻止細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂。當(dāng)細(xì)胞完成DNA修復(fù)和復(fù)制時(shí)，CDC25對(duì)CDK磷酸化啟動(dòng)細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂【1】。CDC25缺失會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞DNA復(fù)制后無法進(jìn)入有絲分裂。然而，在植物和頂復(fù)門生物中并沒有CDC25磷酸酶的同源蛋白，因此，它們?nèi)绾握{(diào)控細(xì)胞跨過檢查點(diǎn)使細(xì)胞進(jìn)入分裂期是植物細(xì)胞生物學(xué)的一大謎題【2】。

近日，斯坦?？▋?nèi)基研究所（Carnegie Institution for Science）王志勇團(tuán)隊(duì)在植物學(xué)頂級(jí)期刊Nature Plants在線發(fā)表了題為Mitotic entry is controlled by the plant-specific phosphatase BSL1 and cyclin-dependent kinase B的研究論文【2】，揭示了植物特有的BSL1磷酸酶通過去磷酸化CDKB調(diào)控細(xì)胞分裂的新機(jī)制。

研究人員發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)了藍(lán)衣藻（Chlamydomonas）BSL1磷酸酶的突變（bsl1-1）造成細(xì)胞在DNA復(fù)制完成后無法正常地進(jìn)入有絲分裂。

圖1. 藍(lán)衣藻bsl1 敲除突變體無法正常進(jìn)行細(xì)胞分裂

為了進(jìn)一步探索BSL1磷酸酶在細(xì)胞分裂中的作用，研究人員對(duì)野生型藍(lán)衣藻和bsl1-1突變體進(jìn)行了磷酸蛋白質(zhì)組學(xué)分析，并發(fā)現(xiàn)在bsl1-1中，CDKB的一個(gè)保守肽段的蘇氨酸14（Thr14）和酪氨酸15 (Tyr15) 位點(diǎn)磷酸化顯著增加。而在動(dòng)物細(xì)胞中這兩個(gè)位點(diǎn)正是被CDC25去磷酸化，從而使細(xì)胞進(jìn)入分裂期的關(guān)鍵。隨后研究人員純化了CDKB和BSL1并通過生物膜干涉實(shí)驗(yàn)證明了他們存在直接的互作，同時(shí)從植物中免疫沉淀得到的磷酸化形式的CDKB可以在體外被BSL1直接去磷酸化（圖2）。

圖2.BSL1能夠與CDKB直接互作并去磷酸化CDKB

為了證實(shí)Thr14和Tyr15磷酸化/去磷酸化的功能，研究人員通過將這兩個(gè)位點(diǎn)突變成模擬磷酸化的谷氨酸(Glc)和天冬氨酸(Asp)證明了磷酸化抑制CDKB的功能。而當(dāng)這兩個(gè)位點(diǎn)突變成不能被磷酸化的丙氨酸和苯丙氨酸時(shí)，細(xì)胞能在培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，但對(duì)DNA合成抑制劑超敏感，說明CDKB的磷酸化對(duì)DNA復(fù)制未完成時(shí)推遲細(xì)胞分裂是必須對(duì)。 這些研究結(jié)果闡明，與真菌和動(dòng)物類似，植物細(xì)胞分裂也受Thr14和Tyr15磷酸化控制，但植物沒有CDC25，而是用BSL1催化CDKB去磷酸化來啟動(dòng)有絲分裂，這一發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了植物中細(xì)胞分裂調(diào)控的空白，為植物細(xì)胞進(jìn)入分裂期的調(diào)控機(jī)制提供了新的見解。

值得一提的是，BSL1家族在高等植物中已知道的功能包括多個(gè)受體激酶的下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，其中包括生長(zhǎng)激素油菜素brassinosteroid/BRI1，免疫信號(hào)鞭毛素Flagellin/FLS2信號(hào)通路【4】, 和氣孔發(fā)育信號(hào)通路【5】。 BSL1的原始功能可能是有絲分裂促進(jìn)因子，在多細(xì)胞高度植物中進(jìn)化出多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。

圖3. 動(dòng)物和植物細(xì)胞中分裂期的不同調(diào)控方式示意圖

斯坦福Carnegie研究所的王志勇教授為論文的通訊作者，Carnegie研究所的博士后Frej Tulin為論文的第一作者。本研究得到了美國(guó)National Institute of Health (NIH)，National Science Foundation (NSF)，歐洲瑪麗·居里基金，以及Carnegie研究所經(jīng)費(fèi)的支持。

參考文獻(xiàn)：

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3. Tulin F., Aizezi Y., Reyes A., Fujieda Y., Grossman A., Xu S-L., Z., Onishi M.,Assaad F., and Wang Z-Y. (2025). Mitotic entry is controlled by the plant-specific phosphatase BSL1 and cyclin-dependent kinase B.Nature Plants, in press

4. Park, C.H., Bi, Y., Youn, J.H., Kim, S.H., Kim, J.G., Xu, N.Y., Shrestha, R., Burlingame, A.L., Xu, S.L., Mudgett, M.B., et al. (2022). Deconvoluting signals downstream of growth and immune receptor kinases by phosphocodes of the BSU1 family phosphatases. Nat Plants 8, 646-655. 10.1038/s41477-022-01167-1.

5. Guo, X., Park, C.H., Wang, Z.Y., Nickels, B.E., and Dong, J. (2021). A spatiotemporal molecular switch governs plant asymmetric cell division. Nat Plants 7, 667-680. 10.1038/s41477-021-00906-0.

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41477-025-02145-z