纖毛蟲闊口游仆蟲（Euplotes eurystomus）微管類細(xì)胞骨架的超微結(jié)構(gòu)

生 欣， 李其利， 張小翠， 翟 楠， 顧福康

（華東師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，上海 200062）

纖毛蟲闊口游仆蟲（Euplotes eurystomus）微管類細(xì)胞骨架的超微結(jié)構(gòu)

生 欣， 李其利， 張小翠， 翟 楠， 顧福康

（華東師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，上海 200062）

采用透射電鏡術(shù)顯示腹毛類纖毛蟲闊口游仆蟲（Euplotes eurystomus）的微管類細(xì)胞骨架包括纖毛器微管骨架和非纖毛器微管骨架.結(jié)果表明：細(xì)胞皮層纖毛器中除纖毛桿、纖毛基體微管外，其基體間連接纖維、基體托架、基體附屬微管、纖毛器基部附屬微管束以及圍棘纖維籃等也是皮層纖毛器微管的重要組成部分，各種微管相互聯(lián)系、聚集形成纖毛器微管骨架系統(tǒng)；細(xì)胞非纖毛區(qū)皮層含有表膜下微管層、表膜下顆粒層微管、胞質(zhì)微管束，以及皮層凸起或加厚層的微管，它們由單根微管或多根微管聚合形成非纖毛器微管骨架系統(tǒng).所得結(jié)果為深入揭示腹毛類纖毛蟲皮層微管骨架的建構(gòu)細(xì)節(jié)提供了基礎(chǔ)資料.

闊口游仆蟲； 微管類細(xì)胞骨架； 纖毛器微管； 非纖毛器微管； 超微結(jié)構(gòu)

0 引 言

腹毛類纖毛蟲游仆蟲（Euplotes）具有十分復(fù)雜的皮層細(xì)胞骨架系統(tǒng)，是研究細(xì)胞形態(tài)及細(xì)胞模式形成與調(diào)控的重要材料.自從Roth等［1］首次報(bào)道了盤狀游仆蟲（Euplotes patella）的皮層纖維結(jié)構(gòu)之后，Gliddon［2］和Grim［3］對闊口游仆蟲（E.eurystomus）皮層纖毛器及其基體和附屬纖維系統(tǒng)的形態(tài)作了深入的觀察，以此構(gòu)建了棘毛基部由基體與纖維連接形成的細(xì)胞骨架三維圖形.Grim與合作者又應(yīng)用生化去膜技術(shù)與掃描電鏡術(shù)相結(jié)合的方法，顯示了這種游仆蟲細(xì)胞表膜下纖維層以及在棘毛基體水平的纖維構(gòu)架等三維結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)［4，5］.近10年來，對腹毛類皮層細(xì)胞骨架的研究聚焦到皮層微管和微管胞器的水平.繼所在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用FLUTAX-2和抗α－微管蛋白抗體等熒光標(biāo)記研究纖毛蟲的纖毛桿微管、基體微管及纖毛器基部微管的建構(gòu)特征［6－8］之后，作者應(yīng)用直接熒光標(biāo)記方法，觀察了闊口游仆蟲的微管類細(xì)胞骨架［9］.但這種方法尚不能顯示纖毛器微管單元的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，也很難顯示細(xì)胞的非纖毛器微管及胞質(zhì)深部微管.為此，本文試圖通過透射電鏡術(shù)觀察游仆蟲細(xì)胞微管類骨架的超微結(jié)構(gòu)，深入揭示其微管類細(xì)胞骨架的結(jié)構(gòu)和組成特征.

1 1 材料和方法

1.1 材料

本實(shí)驗(yàn)所用闊口游仆蟲于2004年采自上海市青浦區(qū)近郊的農(nóng)田水塘，經(jīng)分離后以草履唇滴蟲（Chilomonas paramecium）為食料進(jìn)行培養(yǎng)并建立純系.

1.2 透射電鏡樣品制備方法

參照顧福康等［10］和Arregui等［11］的方法并作適當(dāng)修改，步驟如下：（1）收集生長良好的細(xì)胞，于1%鋨酸與2.5%戊二醛混合固定液（1∶1）中低溫固定10 min，0.1 mol／L的PBS洗3次，每次10 min；（2）1%的鋨酸后固定1 h，0.1 mol／L PBS洗3次每次10 min；（3）梯度丙酮脫水；（4）Epon812環(huán)氧樹脂包埋，37℃聚合16 h，45℃聚合24 h，60℃聚合48 h；（5）超薄切片，染色，透射電鏡觀察、照相（JEM2100）.

2 結(jié) 果

2.1 纖毛器及其附屬微管

游仆蟲細(xì)胞皮層纖毛器中，腹皮層纖毛器包括口圍帶波動(dòng)膜、額腹橫棘毛、左緣棘毛及尾棘毛，其各種纖毛器均是由許多根纖毛聚集而成的復(fù)合纖毛器；背皮層纖毛器由按一定間隔排成列的背觸毛組成，其背觸毛單元即為一根纖毛.由透射電鏡切片顯示，口圍帶小膜由3列纖毛構(gòu)成，小膜之間以細(xì)胞質(zhì)凸起相隔并以多根微管相關(guān)聯(lián)（見圖1-1）.額腹棘毛由4－5列纖毛構(gòu)成，每列含纖毛10根左右.纖毛列之間呈交錯(cuò)排列，纖毛基體之間以前后及斜向連接纖維連成整體并以圍棘纖維籃包圍（見圖1-2）.其棘毛基部微管中，除基體向周圍發(fā)出的單根微管延伸到胞質(zhì)深處外，由纖毛器基部向胞質(zhì)右后方發(fā)出一束微管成為纖毛后微管（見圖1-3）；由通過棘毛基部的縱切面觀察到，纖毛基體下含致密物質(zhì)形成的托架，其緊下方的纖毛器基部附屬微管束含數(shù)十根微管，成葡萄串狀（見圖1-4）；纖毛器附屬微管束在表膜下細(xì)胞質(zhì)中延伸并逐漸變細(xì)，終止于胞質(zhì)深處（見圖1-5）.在棘毛兩側(cè)的表膜下存在多個(gè)膜囊，囊內(nèi)所含物質(zhì)的電子密度各異（見圖1-6）.在背皮層，背觸毛列之間的表膜加厚為數(shù)層而成為脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，背觸毛著生于背脊間的細(xì)胞質(zhì)凹陷處（見圖1-7），凹陷外側(cè)表膜加厚并突出形成表膜凸起，內(nèi)側(cè)沿凹陷處將背觸毛包圍成為囊狀體，在背觸毛周圍的胞質(zhì)中同樣存在圍繞其一周的側(cè)囊（parasomal sac）（見圖1-8），由毛基體發(fā)出的微管束如同根系發(fā)散到胞質(zhì)中（見圖1-9）.

圖1 闊口游仆蟲纖毛器微管Fig.1 The ciliature microtubules in E.eurystomus

2.2 非纖毛器微管

游仆蟲非纖毛區(qū)皮層含有由單根或多根微管聚合而成的復(fù)合微管胞器，各種微管胞器定位于皮層特定位置，顯示不同的結(jié)構(gòu)特征，其中包括：① 表膜下微管層 腹表膜下微管層由單根微管以70～90 nm的間隔排列而成（見圖2-1）；背表膜下微管層由倒“品”字型微管單元排列而成，每個(gè)微管單元具有3根微管，相鄰微管單元間隔約30 nm（見圖1-9）.② 表膜下顆粒層微管 靠近表膜的顆粒層微管包括與表膜成一定角度排列的微管和平行于表膜分布的微管，兩者交錯(cuò)形成的微管網(wǎng)（見圖2-2）.③ 胞質(zhì)微管束 胞質(zhì)中的微管常數(shù)十根到數(shù)百根聚集形成微管束，其直徑在100～800 nm之間.這些微管束有的位于表膜下方，與表膜大致平行并貫穿于胞質(zhì)，有的與表膜呈一定角度斜向排列，微管束及其與表膜之間均存在微管連接（見圖2-3）.在部分切片中，還可觀察到一些小的微管束彼此靠近，形成更為粗壯的微管束（見圖2-4），以及一些縱橫交錯(cuò)的微管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（見圖2-5）.④ 皮層凸起或加厚層中的微管 口區(qū)皮層中按一定間隔分布多列微管，該微管列縱向排列于表膜下方，每列約含15根微管，微管列之間以棒狀小體相隔（見圖2-6）.在橫棘毛之間的脊?fàn)钔蛊鹨约氨臣贡砟ぜ雍駥又袃?nèi)也存在大量橫向排列的微管（見圖1-7和圖2-3）.

2.3 其他胞器微管

此外，在細(xì)胞核和線粒體中也觀察到微管樣結(jié)構(gòu)，其中：在細(xì)胞核內(nèi)常見多根微管狀結(jié)構(gòu)平行排列形成一個(gè)單元，單元之間再聚集成為核仁大小的微管束結(jié)構(gòu)（見圖2-9）；在線粒體周圍的微管呈放射狀排列，一端起始于線粒體外周，另一端向四周發(fā)散（見圖2-7），其內(nèi)部微管的排列方式類似于細(xì)胞核中的微管排列（見圖2-8）.

3 討 論

3.1 闊口游仆蟲皮層纖毛器微管的組成

自從Grim及其合作者以生化去膜結(jié)合掃描電鏡術(shù)成功地顯示了游仆蟲的皮層細(xì)胞骨架的三維結(jié)構(gòu)［4，5］之后，所在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用改進(jìn)的方法對幾種游仆蟲的皮層纖毛器及非纖毛器骨架類和中間纖維骨架進(jìn)行了觀察［12－14］，并應(yīng)用顯示微管類結(jié)構(gòu)的直接熒光和免疫熒光標(biāo)記方法表明，以前所觀察到的游仆蟲皮層細(xì)胞骨架是以微管為基本成分構(gòu)建的微管類細(xì)胞骨架［15，16］.作者等應(yīng)用直接熒光標(biāo)記的方法顯示，闊口游仆蟲的皮層纖毛器骨架包括口圍帶及小膜托架微管，波動(dòng)膜及基部微管骨架網(wǎng)，額腹橫棘毛、左緣棘毛及基部的前縱微管束、后縱微管束和橫微管束，背觸毛及基部的玫瑰花環(huán)附屬微管等［9］.但由于所述方法的局限，未能進(jìn)一步顯示各類纖毛器微管的建構(gòu)細(xì)節(jié)，本文觀察到纖毛基體由微管三聯(lián)體構(gòu)成；基體間以縱橫連接纖維連成一個(gè)整體，并以圍棘纖維籃包圍；纖毛基體下含致密物質(zhì)形成的托架；棘毛基部微管中，除基體向周圍發(fā)出的單根微管外，由纖毛器基部向胞質(zhì)右后方發(fā)出一束微管成為纖毛器附屬微管束.所得結(jié)果表明，游仆蟲的皮層纖毛器微管除包括纖毛桿、纖毛基體微管外，基體間連接纖維、基體托架、基體附屬微管、圍棘纖維籃以及纖毛器基部附屬微管束也是皮層纖毛器微管的重要組成部分，其各種微管相互聯(lián)系、聚集形成纖毛器微管骨架系統(tǒng).

3.2 闊口游仆蟲非纖毛器微管組成

圖2 闊口游仆蟲非纖毛器微管Fig.2 The non-ciliated cortical microtubules in E.eurystomus

目前所知的游仆蟲非纖毛器微管主要是背、腹表膜下分別由倒“品”字形微管單元和單根微管排列形成的微管層［3，17］，生欣等通過直接熒光標(biāo)記證明游仆蟲表膜下存在縱橫交錯(cuò)的微管層［9］，但對游仆蟲的其他類微管結(jié)構(gòu)組成尚不清楚.本文觀察到游仆蟲非纖毛器微管以微管列、微管束和微管網(wǎng)等形式定位于皮層特定位置：表膜下微管層分別以倒“品”字形微管單元和單根微管為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；表膜下顆粒層中的微管縱橫交織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；胞質(zhì)中的微管聚集成微管束并以單根微管相關(guān)聯(lián)；而皮層凸起或加厚層中的微管以微管列等形式與表膜平行或呈一定角度排列.因此，游仆蟲非纖毛區(qū)皮層含有表膜下微管層、表膜下顆粒層微管、胞質(zhì)微管束，以及皮層凸起或加厚層的微管，其中由單根微管或多根微管聚合形成非纖毛器微管骨架系統(tǒng).

另外，在本實(shí)驗(yàn)中還在細(xì)胞核與線粒體中觀察到微管樣結(jié)構(gòu)，其超微結(jié)構(gòu)特征與微管相似，但這些結(jié)構(gòu)是否由微管蛋白構(gòu)成還有待進(jìn)一步研究.

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Ultrastructure of the microtubular cytoskeleton in Euplotes eurystomus（Hypotrichous，ciliophora）

SHENG Xin， LI Qi-li， ZHANG Xiao-cui， ZHAI Nan， GU Fu-kang

（School of Life Science，East China Normal University，Shanghai 200062，China）

Ultrastructure of the ciliature and cortical non-ciliated microtubular cytoskeleton in the Hypotrichous ciliate，Euplotes eurystomus were revealed using transmission election microscopy.The results show the former is consist of not only cilium and basal bodies but also their linking-fibrous，the basal body bracket，the associated microtubules and the fibrillar cirral basket；However，the latter is consist of the subpellicular microtubule layers，the microtubules in the subpellicular granular layer，the cytoplasmic microtubules and the microtubules in the cortical preiection-layers.These results offer some basic information for revealing the construction details of cortical microtubular cytoskeleton of hypotrichous ciliate in depth.

Euplotes eurystomus； microtubular cytoskeleton； ciliature microtubules； cortical non-ciliated microtubules； ultrastructure

Q954

A

10.3969／j.issn.1000-5641.2011.06.009

1000-5641（2011）06-0075-06

2010-08

國家自然科學(xué)基金（30770238）

生欣，女，博士研究生，研究方向?yàn)閯?dòng)物細(xì)胞與分子生物學(xué).E-mail：xshengbio＠163.com.

顧?？?，男，教授，研究方向?yàn)樵鷦?dòng)物學(xué).E-mail：fkgu＠bio.ecnu.edu.cn.