拟南芥胞质WPRa4与质体骨架PMI4蛋白介导触觉响应的分子机制研究

本研究通过定量生物素化蛋白质组学和显微技术，揭示了拟南芥触觉响应早期信号组分WPRa4与质体运动相关蛋白PMI4的互作网络，提出细胞骨架-质体骨架连续体(CPC)作为新型机械感受器，整合钙信号与转录重编程的分子模型，为植物机械信号转导机制提供新见解。

　　

在植物感知外界机械刺激的复杂过程中，触觉形态发生（thigmomorphogenesis）一直是科学家们探索的焦点。尽管已知细胞外基质与细胞骨架的相互作用在动物机械传导中起关键作用，但植物如何通过独特机制感知触觉刺激仍存在诸多谜团。特别是植物特有的质体（plastid）是否参与机械信号感知，以及其与细胞骨架如何协同作用，成为领域内亟待解决的科学问题。

为揭示这些机制，中国某研究机构的研究团队以模式植物拟南芥为研究对象，聚焦于早期触觉响应蛋白WPRa4（WEB1/PMI2-Related protein a4）及其互作网络。通过创新性地结合邻近标记（proximity-labeling, PL）技术、定量生物素化蛋白质组学和遗传学分析，研究人员发现WPRa4与质体运动受损蛋白PMI4（Plastid Movement-Impaired 4）形成功能网络，共同调控触觉诱导的钙振荡（Ca²⁺
oscillation）和基因表达重编程。这项突破性成果发表于《Molecular 》期刊，为理解植物机械传感提供了全新视角。

研究采用四项关键技术：1）TurboID邻近标记与定量质谱联用技术绘制WPRa4互作图谱；2）CRISPR-Cas9基因编辑构建pmi4突变体；3）基于水母发光蛋白（aequorin）的钙瞬变实时监测系统；4）自动化毛发触觉刺激装置结合转录组分析。这些方法协同揭示了从蛋白质互作到表型调控的全链条证据。

WPRa4蛋白定位于细胞质并与叶绿体关联
通过YFP荧光标记和亚细胞分离实验，发现WPRa4同时存在于质膜和叶绿体周边。免疫印迹证实WPRa4-TurboID融合蛋白在叶绿体组分中富集，暗示其可能通过TOC-TIC转位子复合体（translocon complex）与质体建立联系。

定量生物素化蛋白质组学揭示互作网络
创新性开发的"双标"策略（体内PL标记+体外二甲基标记）鉴定出21个WPRa4高置信度互作蛋白，包括质体运动相关蛋白WEB1、THRUMIN1和叶绿体内膜转位子Tic100。生物素占有率（BOR）分析显示这些蛋白与WPRa4存在特异性空间邻近。

PMI4突变体展现触觉不敏感表型
pmi4突变体（而非arc3对照）在长期机械刺激下丧失开花延迟和莲座丛缩小表型。CRISPR构建的AEQ/pmi4-c株系显示触觉诱导的钙瞬变显著减弱，证实PMI4在瞬时力响应（IFR）中的关键作用。

转录组解析PMI4调控网络
比较转录组发现pmi4抑制了92%的核心触觉响应基因（如TCH4、ERF6），且茉莉酸（JA）通路关键基因LOX2的诱导被阻断。时序分析显示PMI4主要影响快速力响应（RFR）阶段的转录重编程。

这项研究首次提出"细胞骨架-质体骨架连续体"（Cytoskeleton-Plastoskeleton Continuum, CPC）模型：当机械力作用于植物时，WPRa4与PMI4通过TOC-TIC复合体或PAP85蛋白形成力传导网络，触发质体钙库释放和CPK激酶（Calcium-dependent Protein Kinases）激活，进而通过JA信号通路调控形态建成。该发现不仅拓展了植物机械感受器的认知边界，为作物抗逆改良提供新靶点，其建立的PL-XL-MS多组学整合策略更为细胞器间通讯研究开辟了新路径。值得注意的是，质体作为"力学天线"的功能可能普遍存在于陆生植物，这为理解植物环境适应进化提供了重要线索。未来研究可进一步探索CPC组分在不同机械刺激（如风、雨）下的特异性响应机制。