近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)李廈教授團(tuán)隊(duì)與南開大學(xué)張彥教授、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)李恩教授在The Plant Cell發(fā)表了題為RSL4-regulated transcription and ROP signaling coordinate root hair growth via BOUNDARY OF ROP DOMAIN proteins的研究論文，揭示了擬南芥BDR6和BDR7蛋白在協(xié)調(diào)根毛極性生長(zhǎng)中的核心作用。該工作首次揭示了一類ROP效應(yīng)蛋白如何通過不同區(qū)室定位，直接耦合質(zhì)膜信號(hào)與核內(nèi)轉(zhuǎn)錄程序，為理解植物細(xì)胞形態(tài)建成的時(shí)空協(xié)調(diào)機(jī)制提供了新穎范式。

該研究聚焦于根毛發(fā)育中兩個(gè)經(jīng)典通路，即由RSL4轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，以及由ROP GTPase驅(qū)動(dòng)的頂端質(zhì)膜極性信號(hào)。長(zhǎng)期以來，二者如何協(xié)同確保根毛生長(zhǎng)，是領(lǐng)域內(nèi)未解的關(guān)鍵問題。

研究發(fā)現(xiàn)，BDR6和BDR7在根毛中特異性表達(dá)，并同時(shí)定位于根毛頂端的質(zhì)膜以及細(xì)胞核。遺傳證據(jù)表明，它們不僅是ROP信號(hào)促進(jìn)根毛伸長(zhǎng)所必需的組分，也在功能上與RSL4轉(zhuǎn)錄因子密切互作。進(jìn)一步的分子機(jī)制解析揭示在細(xì)胞核內(nèi)，BDR6/7與RSL4結(jié)合，并增強(qiáng)其對(duì)下游靶基因（包括多個(gè)ROP信號(hào)組分）的轉(zhuǎn)錄激活能力。與此同時(shí)，RSL4直接結(jié)合并激活BDR6/7基因的表達(dá)，形成一個(gè)自我強(qiáng)化的正反饋環(huán)路。BDR6/7被ROP招募到質(zhì)膜，可能將轉(zhuǎn)錄程序輸出轉(zhuǎn)化為多種ROP介導(dǎo)的細(xì)胞活動(dòng)。

該研究的核心創(chuàng)新在于揭示了“BDR介導(dǎo)質(zhì)膜ROP信號(hào)-核轉(zhuǎn)錄途徑跨區(qū)室信號(hào)耦合”的機(jī)制：BDR6/7作為ROP效應(yīng)蛋白，一方面在質(zhì)膜參與信號(hào)執(zhí)行，另一方面進(jìn)入細(xì)胞核調(diào)控轉(zhuǎn)錄，從而在物理和功能上直接協(xié)同信號(hào)感知與基因表達(dá)。這突破了傳統(tǒng)上對(duì)ROP效應(yīng)蛋白僅局限于胞質(zhì)功能的認(rèn)知，提出了一類具有雙重定位與功能整合能力的信號(hào)-轉(zhuǎn)錄耦合器。

這一機(jī)制可能具有廣泛意義。植物細(xì)胞極性生長(zhǎng)過程均存在ROP信號(hào)通路及轉(zhuǎn)錄調(diào)控通路。BDR家族蛋白的雙定位屬性可能代表了一種普適而高效的細(xì)胞時(shí)空協(xié)調(diào)策略。該研究不僅深化了對(duì)根毛發(fā)育機(jī)制的理解，也為探索植物細(xì)胞極性建立的普遍原理提供了重要線索。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生徐萌為本文第一作者；山東農(nóng)業(yè)大學(xué)李廈教授、南開大學(xué)張彥教授、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)李恩教授為共同通訊作者。該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金委、山東省自然科學(xué)基金委等項(xiàng)目支持。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koag073