Plant Cell | 山東農大/南開大學/青島農大聯合發現BDR蛋白介導根毛生長中膜信號與核轉錄的時空耦合

近日，山東農業大學李廈教授團隊與南開大學張彥教授、青島農業大學李恩教授在The Plant Cell發表了題為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蛋白在協調根毛極性生長中的核心作用。該工作首次揭示了一類ROP效應蛋白如何通過不同區室定位，直接耦合質膜信號與核內轉錄程序，為理解植物細胞形態建成的時空協調機制提供了新穎范式。

該研究聚焦于根毛發育中兩個經典通路，即由RSL4轉錄因子介導的基因表達網絡，以及由ROP GTPase驅動的頂端質膜極性信號。長期以來，二者如何協同確保根毛生長，是領域內未解的關鍵問題。

研究發現，BDR6和BDR7在根毛中特異性表達，并同時定位于根毛頂端的質膜以及細胞核。遺傳證據表明，它們不僅是ROP信號促進根毛伸長所必需的組分，也在功能上與RSL4轉錄因子密切互作。進一步的分子機制解析揭示在細胞核內，BDR6/7與RSL4結合，并增強其對下游靶基因（包括多個ROP信號組分）的轉錄激活能力。與此同時，RSL4直接結合并激活BDR6/7基因的表達，形成一個自我強化的正反饋環路。BDR6/7被ROP招募到質膜，可能將轉錄程序輸出轉化為多種ROP介導的細胞活動。

該研究的核心創新在于揭示了“BDR介導質膜ROP信號-核轉錄途徑跨區室信號耦合”的機制：BDR6/7作為ROP效應蛋白，一方面在質膜參與信號執行，另一方面進入細胞核調控轉錄，從而在物理和功能上直接協同信號感知與基因表達。這突破了傳統上對ROP效應蛋白僅局限于胞質功能的認知，提出了一類具有雙重定位與功能整合能力的信號-轉錄耦合器。

這一機制可能具有廣泛意義。植物細胞極性生長過程均存在ROP信號通路及轉錄調控通路。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胞時空協調策略。該研究不僅深化了對根毛發育機制的理解，也為探索植物細胞極性建立的普遍原理提供了重要線索。

山東農業大學博士研究生徐萌為本文第一作者；山東農業大學李廈教授、南開大學張彥教授、青島農業大學李恩教授為共同通訊作者。該研究受到國家自然科學基金委、山東省自然科學基金委等項目支持。

論文鏈接：

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