山东农业大学张彦课题组揭示小G蛋白ROP的囊泡运输途径

来源：JIPB

小G蛋白ROP是植物细胞中重要的分子开关，调控多种细胞活动，如细胞骨架的动态组装、钙离子及活性氧浓度、囊泡外泌等。ROP调控植物生长及环境应答过程，尤其在极性细胞生长中起关键作用。

活性形式的ROP-GTP在质膜上的区域性动态定位决定了细胞的极性生长。鸟苷酸解聚抑制因子RhoGDI被认为是介导ROP质膜定位的关键因子。然而，拟南芥RhoGDI编码基因全部敲除的植物生长正常(Feng et al. 2016)。除花粉管和根毛这两种顶端生长细胞外，叶表皮细胞及根表皮细胞等受ROP动态膜定位控制的其它极性细胞没有受到影响，暗示存在ROP靶向的其它控制途径。

JIPB近日在线发表了山东农业大学张彦课题组题为“Targeting and signaling of ROP GTPases require synergistic interaction between GDI and vesicular trafficking” 的研究论文。该研究发现囊泡运输途径与GDI协同控制ROP的动态膜定位。利用药剂细胞学以及遗传手段，研究人员对从内质网到质膜的囊泡运输途径逐一干扰，发现部分ROP依赖于COPII介导的运输小泡从内质网到达高尔基体，继而依赖ARF1运输到反式高尔基网络/早期内体（TGN/EE）。定位于TGN/EE的ROP依赖于衔接蛋白复合体1（AP1）被分拣到质膜。此外，质膜定位的活性ROP可能通过棕榈酰化修饰，在脂筏区域进行内吞，从而保证其在极性细胞生长过程中的动态定位。同时干扰RhoGDI及囊泡运输途径破坏了叶表皮拼图细胞及根表皮细胞的生长，表明二者协同调控ROP在极性细胞质膜特定区域的定位。该项研究系统解析了调控ROP靶向的囊泡运输途径及其参与元件，揭示了囊泡运输与RhoGDI途径的协同关系，为深入理解ROP途径的分子网络提供了重要信息。

葛福荣博士为该论文的第一作者，张彦教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金的资助。张彦课题组前期以花粉管及根毛这两种极性细胞为体系，研究发现花粉管及根毛生长过程中，ROP在顶端质膜的区域性动态定位依赖于酯酰化修饰，包括异戊烯化及棕榈酰化(Chai et al. 2016; Wan et al. 2017)。该课题组还证明多种上游蛋白因子介导ROP在花粉管或根毛顶端质膜的区域性动态定位，包括类受体激酶PRK2 (Zhao et al. 2013)，鸟苷酸交换因子GEF4/GEF10/GEF12 (Huang et al. 2013; Li et al. 2018)，及AGC蛋白激酶(Li et al. 2018)。

参考文献

Chai S, Ge FR, Feng QN, Li S, Zhang Y (2016) PLURIPETALA mediates ROP2 localization and stability in parallel to SCN1 but synergistically with TIP1 in root hairs. Plant J 86: 413-425

Feng QN, Kang H, Song SJ, Ge FR, Zhang YL, Li E, Li S, Zhang Y (2016) Arabidopsis RhoGDIs are critical for cellular homeostasis of pollen tubes. Plant Physiol 170: 841-856

Huang GQ, Li E, Ge FR, Li S, Wang Q, Zhang CQ, Zhang Y (2013) Arabidopsis RopGEF4 and RopGEF10 are important for FERONIA-mediated developmental but not environmental regulation of root hair growth. New Phytol 200: 1089-1101

Li E, Cui Y, Ge FR, Chai S, Zhang WT, Feng QN, Jiang L, Li S, Zhang Y (2018) AGC1.5 kinase phosphorylates RopGEFs to control pollen tube growth. Mol Plant 11: 1198-1209

Wan ZY, Chai S, Ge FR, Feng QN, Zhang Y, Li S (2017) Arabidopsis PROTEIN S-ACYL TRANSFERASE4 mediates root hair growth. Plant J 90: 249-260

Zhao XY, Wang Q, Li S, Ge FR, Zhou LZ, McCormick S, Zhang Y (2013) The juxtamembrane and carboxy-terminal domains of Arabidopsis PRK2 are critical for ROP-induced growth in pollen tubes. J Exp Bot 64: 5599-5610