來源 | Mol Plant
真核細胞多數具有極性，而頂端生長（tip growth）是一種特殊的極化生長。頂端生長通過建立並維持唯一的極化位點，產生管狀細胞形態。植物花粉管及根毛採用頂端生長方式，分別在植物繁衍及環境應答中起關鍵作用。小G蛋白ROP是植物中唯一一類Rho蛋白。其動態極性定位對於頂端生長的建立和維持至關重要。這種動態的極性定位需要至少一個正反饋調控環進行維持，而目前對於ROP信號的正反饋途徑尚不清楚。
2020年11月30日，山東農業大學在Molecular Plant上發表題為A positive feedback circuit for ROP-mediated polar growth的研究文章。該研究揭示了小G蛋白ROP介導細胞極化的正反饋調控網絡。
前期研究發現擬南芥AGC1.5亞家族激酶能夠磷酸化ROP的活化蛋白RopGEF，通過對RopGEF特定位點的磷酸化，調控其極性定位，以及花粉管的頂端生長（Li et al., 2018, Molecular Plant），推測AGC1.5激酶可能參與ROP信號的正反饋調控。
作為正反饋調控元件，AGC1.5不僅調控ROP信號，還應該受到ROP信號的調控。研究人員通過酵母雙雜交篩選AGC的互作蛋白。從中發現ROP的兩個效應蛋白ICR2/RIP3及MIDD1/RIP4。這兩個效應蛋白均帶有兩個coiled-coil結構域。研究人員證明AGC1.5激酶與ICR2/MIDD1以及ROP三者形成複合體，且三者結合形式依賴於GTP結合形式的ROP以及具有激酶活性的AGC1.5。進一步研究表明ICR2及MIDD1作為ROP的效應蛋白，不僅將AGC激酶招募到質膜上活性ROP的區域，還促進AGC對於RopGEF的磷酸化，保證RopGEF在根毛生長過程中的頂端定位，從而維持根毛生長過程中ROP信號的極性動態分布。
植物細胞極化的正反饋調控網絡
值得注意的是，植物基因組中編碼大量的AGC激酶，而ROP的效應蛋白也在多種細胞及組織中表達。本研究所揭示的ROP信號正反饋調控環可能在植物演化過程中被重複使用。研究結果對於深入理解植物其它細胞的極化過程有重要的參考價值。
山東農業大學李恩博士為本文的第一作者、張彥教授及李廈教授為本文通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金的資助。
https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.11.017
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