上海交大张大兵PNAS揭示植物信号新机制

　　

生物通报道  来自上海交通大学、北京师范大学、密西根州立大学等处的研究人员在新研究中证实，水稻actin结合蛋白RMD是控制细胞生长的生长素（auxin）-actin调控环中的中心环节。这一研究发现发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

文章的通讯作者是上海交通大学****张大兵(Dabing Zhang)教授，张大兵教授研究组主要从事水稻遗传学、花器官和花药形成分子基础以及分子辅助育种等研究工作，曾在控制水稻花和花序分生组织控制、花粉形成功能基因克隆等方面开展了系统地工作，分离了控制水稻重要农艺性状关键基因FON4。近年来以通讯作者身份在Plant Cell等期刊上发表论文60多篇（延伸阅读：上海交大张大兵《Plant Cell》发表植物发育新文章）。

植物生长素在调控植物发育程序中起着至关重要的作用，充当着多方面的协调信号调节了包括雌配子体图式形成、胚胎发育、器官发生、分生组织活动，以及对环境刺激和其他的生长反应等许多的过程。

生长素发挥调控作用，主要是通过在植物组织或器官建立不对称分布，生长素的极性运输在生长素浓度梯度的建立和维持中具有重要的作用。生长素在细胞间的运输依赖于细胞膜定位的载体：向细胞内运输生长素的载体为AUX/LAX蛋白家族；向细胞外运输生长素的载体为PIN蛋白家族和ABCB/PGP蛋白家族。

肌动蛋白（微）丝与微管细胞骨架参与细胞内许多重要的生理过程，如细胞的极性和形态的建立、细胞运动、胞内囊泡和蛋白的运输、细胞有丝分裂和减数分裂、细胞壁形成等。通常细胞骨架作为下游成员响应植物体内外信号，包括植物激素和环境信号，不同信号转导途径传递这些生长发育信号（如生长素信号）至细胞骨架，改变其在细胞中的动态和组织方式，从而改变细胞质组织和细胞生长的状态，并最终决定细胞的形态。近年发现细胞骨架也可参与调控生长素的极性运输。尽管已知其功能重要性，对于微丝与生长素胞内信号之间的联系机制仍不清楚。

在这篇文章中，研究人员报告称发现actin结合蛋白RMD是一个中心环节，其作为关键元件介导了生长素-actin环路信号，影响了细胞生长和形态发生。他们证实缺失RMD的突变株细胞生长异常，F-actin排列方向发生改变。Rmd突变株还显示生长素介导的细胞伸长受到抑制，生长素极性运输下降，根尖部的生长素分布梯度发生改变，以及根细胞中生长素转运蛋白OsPIN1b和OsPIN2质膜定位受到抑制。研究人员证实RMD是胞吞作用、胞吐作用以及生长素介导OsPIN2重回收至质膜的必要条件。

此外，他们发现通过OsARF23和OsARF24异二聚体结合到RMD的启动子上，生长素直接促进了RMD表达，触动了F-actin排列定向发生改变。转而，RMD依赖性的F-actin排列影响了生长素的胞内信号，包括生长素极性运输、生长素流出载体蛋白的定位和回收利用，以及生长素在根细胞中的分布。OsARF23和OsARF24表达下降的水稻系显示RMD表达下降，F-actin组织和细胞生长遭到破坏，对生长素反应不敏感，生长素分布和OsPIN定位发生改变。

这些结果表明，RMD是控制水稻细胞生长和形态发生的生长素- actin自组织调控环的一个关键元件。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Rice actin-binding protein RMD is a key link in the auxin–actin regulatory loop that controls cell growth

The plant hormone auxin plays a central role in plant growth and development. Auxin transport and signaling depend on actin organization. Despite its functional importance, the mechanistic link between actin filaments (F-actin) and auxin intracellular signaling remains unclear. Here, we report that the actin-organizing protein Rice Morphology Determinant (RMD), a type II formin from rice (Oryza sativa), provides a key link. Mutants lacking RMD display abnormal cell growth and altered configuration of F-actin array direction……