鞭毛也稱纖毛，是指突出在真核細(xì)胞表面，基于微管的一類細(xì)胞器，廣泛分布于原生動(dòng)物和脊椎動(dòng)物中，具有運(yùn)動(dòng)、感受和分泌功能。在液體中，生物的鞭毛通過擺動(dòng)來驅(qū)動(dòng)細(xì)胞本身或液體的運(yùn)動(dòng)。有意思的是，生活在潮濕環(huán)境中的原生生物如萊茵衣藻還可以通過滑行（gliding）沿著固體表面運(yùn)動(dòng)。萊茵衣藻的滑行分為兩個(gè)步驟：第一步鞭毛粘附在固體表面上，兩根鞭毛形成夾角為180°的構(gòu)象；第二步鞭毛沿著固體或者半固體的表面滑行，是由鞭毛中的分子馬達(dá)提供動(dòng)力。滑行運(yùn)動(dòng)可能參與原生生物的營養(yǎng)獲取以及趨利避害等生命活動(dòng)。美國科學(xué)家Bloodgood.R.A等人的前期研究表明與鞭毛滑動(dòng)有關(guān)的主要蛋白（FMG-1B）是糖基化修飾的鞭毛膜蛋白，但是N-糖基化修飾如何參與調(diào)控滑行運(yùn)動(dòng)以及與分子馬達(dá)互作的機(jī)理仍不清楚。 

　　中國科學(xué)院水生生物研究所藻類細(xì)胞生物學(xué)課題組與德國明斯特大學(xué)Michael Hippler教授團(tuán)隊(duì)合作利用蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)合糖組學(xué)的方法鑒定出鞭毛膜蛋白發(fā)生糖基化的位點(diǎn)以及N-糖基鏈的組成。研究結(jié)果顯示在萊茵衣藻三個(gè)N-糖基化修飾通路關(guān)鍵酶基因突變體中，鞭毛膜糖蛋白FMG-1B的N-糖基化修飾鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，但是這種異常并未影響蛋白本身在纖毛膜的分布，表明N-糖基化修飾并不影響FMG-1B在鞭毛中的定位。隨后利用原子力顯微鏡檢測發(fā)現(xiàn)，這三株N-糖基化修飾通路突變體的鞭毛粘附力相比野生型均顯著下降，尤其是雙突突變體（如圖1）。此外，還發(fā)現(xiàn)當(dāng)鞭毛內(nèi)部推動(dòng)鞭毛滑行運(yùn)動(dòng)的反向馬達(dá)呈抑制狀態(tài)時(shí)鞭毛表面粘附固體基體的粘附力明顯增強(qiáng)，說明分子馬達(dá)給鞭毛滑行運(yùn)動(dòng)提供的是反向的推動(dòng)力，而不是同向的牽引力。 

　　圖1 N-糖基化修飾異常導(dǎo)致鞭毛表面粘附力顯著下降 

　　（A）探針檢測鞭毛粘附力的過程；（B）突變體與野生型的力譜峰圖比較； 

　　（C）比較突變體與野生型的粘附力；（D）比較突變體與野生型鞭毛粘附能量大小   

　　出乎意料的是，在N-糖基化修飾通路突變體中鞭毛滑行速率以及分子馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)沒有受到影響，說明鞭毛的粘附與鞭毛的滑行并不是完全偶聯(lián)的，鞭毛的粘附還可能參與其他的生物過程，如生物膜的形成，鞭毛與鞭毛以及鞭毛與其他固體物的相互作用等。該研究不僅建立了精確檢測鞭毛滑行運(yùn)動(dòng)速率以及在鞭毛滑行運(yùn)動(dòng)時(shí)鞭毛內(nèi)部分子馬達(dá)的運(yùn)輸速率及頻率的方法，而且還建立了利用原子力顯微鏡測定生物表面粘附力的方法。這為進(jìn)一步研究鞭毛滑行運(yùn)動(dòng)機(jī)理打下了理論基礎(chǔ)。 

　　該研究成果“Altered N-glycan composition impacts flagella mediated adhesion in Chlamydomonas reinhardtii” 在線發(fā)表在elife 雜志上，水生所博士生徐南南和德國明斯特大學(xué)Anne Oltmanns 為該論文的共同第一作者，水生所黃開耀研究員和Michael Hippler教授為共同通訊作者。參與該項(xiàng)工作的還有英國利物浦大學(xué)的劉魯寧教授實(shí)驗(yàn)室和德國Peter Hegemann 教授實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)。該研究得到中德科學(xué)基金和國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的資助。 

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