Nature Plants：细胞极性生长的调控新机制

来源：BioArt植物

细胞极性是真核细胞的一个基本属性。细胞极性生长是细胞极性的一种重要表现形式。植物中细胞的极性生长有的是单向的，例如花粉管和根毛的顶端生长，有的只限制在植物某个特定部位，例如拟南芥叶的毛状体或叶表皮的扁平细胞。真核细胞极性生长的重要调节因子是Rho家族的分子开关小G蛋白（GTPases），细胞的极性生长需要在不同的质膜域对Rho GTPases信号传导进行精确调控【1,2】。植物Rho家族（ROP）的GTPases活性受鸟嘌呤核苷酸交换因子（guanine nucleotide-exchange factors, GEFs），GTPase激活蛋白（GAPs）和鸟嘌呤GDP解离抑制剂（GDIs）的调控【3】。目前，有关GAPs的调控机制仍不清楚。

近日，德国雷根斯堡大学（University of Regensburg）Stefanie Sprunck团队在Nature Plants在线发表了题为ARMADILLO REPEAT ONLY proteins confine Rho GTPase signalling to polar growth sites的研究论文，揭示了AROs蛋白调节ROP信号介导细胞极性生长的机制。

已有的研究表明，拟南芥ARO1（ARMADILLO REPEAT ONLY 1）在雌雄配子体中特异表达，对花粉管顶端生长至关重要【4】。本研究综合分析了ARO2、ARO3和ARO4的单突变体（aro2-1, aro3 和 aro4-1）、双突变体（aro2-1 aro3-1、aro2-1 aro3-2、 aro2-1 aro4-1 和 aro3-1 aro4-1）和三突变体（aro2/3/4）表型，发现ARO2、ARO3和ARO4在根毛突起和根尖生长过程中功能冗余，对于根毛细胞和毛状体中生长点的稳定十分重要的（图1）。同时，AROs蛋白在顶端生长细胞中功能十分保守。

 图1. aro2-1aro3双突变体和aro2/3/4三突变体的根毛生长发育情况

进一步研究发现，AROs与ROP1增强子GAPs（RENGAPs）互作，并通过ARO氨基末端的一个保守的多元区域结合到质膜上。在aro2/3/4突变体根毛细胞中ROP2能够异位扩散。此外，AROs优先与活跃ROPs和阴离子磷脂相互作用，表明AROs招募RENGAPs与ROPs一起形成复合物，从而将ROP信号转导限制在质膜的不同区域（图2）。

图2. 顶端生长细胞中ARO蛋白作用模式图

综上所述，本研究发现AROs蛋白作为信号传导支架，通过与RENGAPs和阴离子磷脂结合，并与GTP结合的ROP互作，将ROP信号限制在质膜的不同结构域中，从而介导顶端生长细胞实现对信号的快速响应并适应不断变化的环境。

参考文献：

【1】Feiguelman, G., Fu, Y. & Yalovsky, S. ROP GTPases structure–function and signaling pathways. Plant Physiol. 176, 57–79 (2018)；

【2】Jafe, A. B. & Hall, A. Rho GTPases：biochemistry and biology. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 21, 247–269 (2005)；

【3】Cherfls, J. & Zeghouf, M. Regulation of small GTPases by GEFs, GAPs, and GDIs. Physiol. Rev. 93, 269–309 (2013)；

【4】Gebert, M., Dresselhaus, T. & Sprunck, S. F-actin organization and pollen tube tip growth in Arabidopsis are dependent on the gametophyte-specifc Armadillo repeat protein ARO1. Plant Cell 20, 2798–2814 (2008).

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-020-00781-1