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微管作为细胞骨架的一种,对于细胞的形态建成、细胞内的物质运输、细胞分裂、一些特殊结构的组成(如鞭毛、纤毛)和植物细胞壁的合成等重要的生命活动是必不可少的。微管具有高度动态的特性,原因之一是受到微管相关蛋白的调控。Katanin是一类可以切割微管的微管相关蛋白,由两个亚基组成,P60和P80,P60具有ATPase的活性和微管切割的活性；P80不具有微管切割的活性,其主要负责将P60导向中心体和调控P60的微管切割活性。P60本身参与了许多重要的生命活动,而P80亦在线虫减数分裂、人神经细胞发育、小鼠雄配子发生、低等生物的cytokinesis以及鞭毛发生中扮演重要角色。在拟南芥细胞中,KATANIN P60参与了细胞各向异性的延伸和根尖细胞的有丝分裂,并且作为生长素信号传导末端的效应子参与皮层微管排列。但是高等植物中P80的功能仍然不甚明了。在本研究中,我们利用水稻中的KATANIN P60(KTN60)作为诱饵蛋白淘洗水稻幼穗的细菌双杂交cDNA文库,获得了OsKTN80b,通过BLAST水稻蛋白数据库获得了另外两个同源蛋白(OsKTN80a和OsKTN80c),这3个同源蛋白均与人和小鼠的KATANIN P80具有极高的序列相似性。通过酵母双杂交验证、结构域分析和进化关联分析,证实这3个基因即为katanin p80在水稻中的同源基因。我们在水稻中过表达OsKTN80a (KTN80a-OX),导致水稻幼苗根的生长受阻。分析发现是由两个原因造成的：一是KTN80a-OX根尖细胞的延长障碍,主要是由于KTN80a过表达后导致伸长区细胞皮层微管的排列异常；二是KTN80a-OX根尖细胞的分裂滞留于有丝分裂后的细胞质分裂(cytokinesis)时期,可能是由于遗传物质的分离异常以及成膜体微管的形态和功能异常。上述两个原因可以解释为KTN80a抑制了KTN60的微管切割活性,从而导致微管的动态受到破坏。证据如下：1)KTN80a和KTN60相互作用；2)KTN80a-OX的根尖细胞变短和伸长区细胞皮层微管变得紊乱的表型均和KTN60的突变体(fra2)极为相似。3)当KTN80a过表达后,和野生型相比,其根尖的生长和伸长区的皮层微管更加耐受微管特异性的去稳定药物oryzalin的处理,表明KTN80a促使微管更稳定。我们讨论了KTN80a参与细胞延伸和细胞分裂的分子机制。从上述KTN80a的作用机制可以看出,控制KATANIN的活性对于水稻根尖细胞的伸长和细胞的分裂是必须的。