山东农业大学张彦李厦团队研究揭示小G蛋白ROP介导细胞极化的正反馈调控网络
文章作者:        发布时间: 2020-12-02                 浏览次数: 309

20201130日在Molecular Plant上发表题为“A positive feedback circuit for ROP-mediated polar growth”的研究文章。该研究揭示了小G蛋白ROP介导细胞极化的正反馈调控网络。


真核细胞多数具有极性,而顶端生长(tip growth)是一种特殊的极化生长。顶端生长通过建立并维持唯一的极化位点,产生管状细胞形态。植物花粉管及根毛采用顶端生长方式,分别在植物繁衍及环境应答中起关键作用。

G蛋白ROP是植物中唯一一类Rho蛋白。其动态极性定位对于顶端生长的建立和维持至关重要。这种动态的极性定位需要至少一个正反馈调控环进行维持,而目前对于ROP信号的正反馈途径尚不清楚。

研究人员在前期发现拟南芥AGC1.5亚家族激酶能够磷酸化ROP的活化蛋白RopGEF,通过对RopGEF特定位点的磷酸化,调控其极性定位,以及花粉管的顶端生长(Li et al., 2018,Molecular Plant),推测AGC1.5激酶可能参与ROP信号的正反馈调控。

作为正反馈调控元件,AGC1.5不仅调控ROP信号,还应该受到ROP信号的调控。研究人员通过酵母双杂交筛选AGC的互作蛋白。从中发现ROP的两个效应蛋白ICR2/RIP3MIDD1/RIP4。这两个效应蛋白均带有两个coiled-coil结构域。研究人员证明AGC1.5激酶与ICR2/MIDD1以及ROP三者形成复合体,且三者结合形式依赖于GTP结合形式的ROP以及具有激酶活性的AGC1.5。进一步研究表明ICR2MIDD1作为ROP的效应蛋白,不仅将AGC激酶招募到质膜上活性ROP的区域,还促进AGC对于RopGEF的磷酸化,保证RopGEF在根毛生长过程中的顶端定位,从而维持根毛生长过程中ROP信号的极性动态分布。

植物细胞极化的正反馈调控网络

值得注意的是,植物基因组中编码大量的AGC激酶,而ROP的效应蛋白也在多种细胞及组织中表达。本研究所揭示的ROP信号正反馈调控环可能在植物演化过程中被重复使用。研究结果对于深入理解植物其它细胞的极化过程有重要的参考价值。

山东农业大学李恩博士为本文的第一作者、张彦教授及李厦教授为本文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金的资助。