6月6日，兰州大学黎家教授课题组在国际著名学术期刊《Cell Research》（2015年影响因子为14.812）上发表题为“RGF1 INSENSITIVE 1 to 5, a group of LRR receptor-like kinases, are essential for the perception of root meristem growth factor 1 in Arabidopsis thaliana”的研究论文，发现了调控植物根生长发育的一类重要多肽激素根分生组织生长因子（Root meristem growth factors，RGFs）的受体蛋白RGF1 INSENSITIVEs(RGIs)，揭示了RGI1介导RGF1信号转导的分子机制，利用遗传学和生物化学手段证明了RGIs是RGFs的受体。RGFs是一类含有13个氨基酸残基的分泌型小肽，由相应的前体通过剪切并修饰而来，拟南芥基因组含有11个成员，RGF1是其中之一。RGIs属于富含亮氨酸重复序列的单次跨膜类受体蛋白激酶（Leucine-rich repeat receptor like kinases，LRR-RLKs），属于LRR-RLK的第十一亚家族，共有五个成员，每个成员均含25个富含亮氨酸重复序列的胞外结构域。
根是植物长期适应陆地生活进化出的重要器官，具有固定、吸收、合成和运输等生理功能。在植物根的生长发育过程中，位于根尖的静止中心（Quescent center，QC）和周围的干细胞（Stem cell）构成的干细胞微环境（Stem cell niche），对维持根尖细胞分生能力极为重要。静止中心和周围的干细胞紧密相邻，但却有完全不同的细胞命运，静止中心缓慢分裂但可以长期保持分裂活性；周围的干细胞快速分裂，逐渐丧失分裂活性，分化成不同的细胞类型。在这个过程中，细胞间的信号交流频繁且对细胞命运有决定性的作用。已有的研究表明，生长素可以在转录水平和蛋白水平上调磺酸基转移酶（Tyrosylprotein sulfotransferase，TPST），磺酸基转移酶可以磺酸化RGFs使其获得生物活性。静止中心表达并分泌的RGFs通过上调AP2-类型的转录因子PLT1和PLT2维持干细胞的快速分裂。然而植物细胞是如何感受RGFs信号的一直是个未解之谜。
黎家课题组长期从事植物类受体激酶生物学功能的研究。植物拥有几百个类受体激酶，它们参与细胞-细胞及细胞-环境的信号交流，对调控植物的生长发育及逆境适应起着至关重要的作用。黎家课题组之前的研究表明，BAK1及其同源蛋白除了在油菜素内酯（Brassinolide，BL）信号途径中起必不可少作用外，还通过一条不依赖于油菜素内酯的途径调控根的生长发育。鉴于BAK1及其同源蛋白通常是作为共受体参与多条信号途径，黎家课题组猜测一定会有其它的类受体激酶作为某种信号的受体，与BAK1组成受体-共受体复合物来调控拟南芥根的发育。因此，黎家课题组以BAK1为诱饵通过酵母双杂交筛选与BAK1直接相互作用的其它类受体激酶，发现一支含有5个同源成员的类受体激酶均可以与BAK1相互作用，这5个成员的编码基因在根中都有不同程度的表达。为了研究这一支类受体激酶的生物学功能，他们分别鉴定到这些激酶编码基因的缺失突变体，并构建了一系列双重、三重、四重和五重缺失突变体，发现双重缺失突变体即表现出根发育迟缓的表型，随着敲除同源基因数量的增多，表型逐渐加剧，五重缺失突变根发育极度缺陷。他们进一步构建了第二套等位基因的五重缺失突变体，与第一套表型完全相同，并且第一、二套五重缺失突变体的杂交子也表现出同样的根发育缺陷。对五重缺失突变体进行显微观察，发现突变体分生区相对于野生型而言极度缩短，干细胞分裂活力显著下降。五重缺失突变体中PLT1和PLT2的表达量几乎不可检测且直接导致了分生区细胞分裂不足，人为让PLT2在根尖表达能极大地恢复了五重缺失突变体的分生区发育缺陷。他们紧接着分析了Auxin-TPST-RGFs-PLT通路中其它组分突变体的表型，发现tpst和plt1 plt2都表现出与五重缺失突变体rgi1 rgi2 rgi3 rgi4 rgi5类似的根短表型。另外，通过杂交获得的tpst rgi1 rgi2 rgi3 rgi4 rgi5六重缺失突变体相对于五重缺失突变体rgi1 rgi2 rgi3 rgi4 rgi5表型没有显著加强，说明TPST与RGIs位与同一条信号途径。随后的生理实验表明，rgi1 rgi2 rgi3 rgi4四重缺失突变体对外加RGF1的敏感性极度降低，而rgi1 rgi2 rgi3 rgi4 rgi5五重缺失突变体对外加的RGF1完全不敏感。生化分析表明，RGI1的胞外结构域可以与RGF1直接相互作用，RGF1处理可以快速诱导RGI1磷酸化与泛素化。这些证据充分证明了RGIs是RGF1的受体，直接参与RGF1的信号感知及信号转导。
这一研究解决了RGFs信号转导过程中的最重要难题，即如何寻找RGFs信号分子的受体蛋白，阐明了RGFs信号转导过程的详细分子机理，使科学界对植物根中干细胞微环境自调控有了全新的理解，具有重要的学术意义及应用前景，引起了广泛的关注，生物通对该研究成果及时进行了跟踪报道。值得一提的是，类受体激酶的研究受到功能冗余的困扰，长期以来进展缓慢，黎家课题组以反向遗传学为手段，通过构建多重缺失突变体，克服了类受体激酶基因功能冗余的困难，找到了RGFs的受体蛋白。
兰州大学生命科学学院黎家教授为该文通讯作者，2012级博士研究生欧洋为第一作者。兰州大学生命科学学院的研究生陆晓婷、訾全儿、寻情请、张晶杰、吴玉俊、史红勇、卫卓赟、赵宝林也参与了部分工作。兰州大学生命科学学院何凯教授和苟小平教授在研究思路上提供了帮助。中科院遗传与发育生物学研究所李传友研究员和张潇月同学提供了部分实验材料。该研究得到了兰州大学及国家自然科学基金委的资助，所有实验均在兰州大学生命科学学院完成。
论文链接：http://www.cell-research.com/arts.asp?id=2273
（据兰州大学）
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