RALF-油菜素内酯信号环路调控拟南芥下胚轴细胞形态的分子机制

本期推荐：植物细胞如何感知细胞壁状态并协调生长信号仍不清楚。本研究揭示拟南芥中RALF肽通过FER-LLG1受体复合物感知细胞壁状态，通过促进BRI1-BAK1复合体形成激活油菜素内酯(BR)信号通路，建立了细胞壁完整性监测与生长调控的新型反馈环路，为植物细胞形态建调控提供了新机制。

　　

植物细胞在生长发育过程中面临着一个至关重要的平衡难题：它们必须在维持细胞壁完整性的同时，精确调控细胞壁的修饰以实现各向异性生长。这种精细的平衡由细胞壁-质膜界面感知的信号所调控，即细胞壁信号传导（CWS）。近年来，快速碱化因子（RALF）家族分泌肽及其结合伴侣在调控植物生长、生殖和免疫应答中发挥着关键作用。

油菜素内酯（BR）信号通路在协调细胞壁状态和细胞生长中扮演着核心角色，细胞壁-BR反馈环路的紊乱会导致组织和细胞完整性的严重缺陷。然而，细胞壁状态如何传递给BR信号通路仍然很大程度上未知。发表在《Current Biology》上的这项研究揭示了RALF肽作为细胞壁状态与BR信号通路之间的关键连接分子，通过调控BRI1-BAK1受体复合物的形成，建立了新型的信号传导环路。

研究人员运用了多种关键技术方法：利用CRISPR-Cas9技术构建FER突变体及报告基因株系；通过共免疫沉淀和Western blot分析蛋白互作；采用高分辨率共聚焦显微镜进行3D细胞形态重建和定量分析；使用HPAEC-PAD色谱技术分析细胞壁成分；通过凝胶扩散法测定PME酶活性；结合荧光探针染色监测果胶酯化状态。

FERONIA调控下胚轴细胞各向异性生长和果胶修饰酶活性

研究发现fer-4突变体表现出明显的细胞形态缺陷，通过高分辨率3D成像和形态学分析显示，fer-4细胞体积增大而各向异性降低。细胞壁成分分析表明，fer-4突变体中去酯化果胶增加，果胶甲基酯酶（PME）活性升高，果胶甲基化程度降低。使用PME抑制剂表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）处理能够缓解fer-4中COS-488染色增强的表型。

BR信号增强不能解释fer-4的形态缺陷

通过遗传杂交实验发现，将fer-4与bri1-301或bak1-4突变体杂交后，虽然能够缓解fer-4对外源BL处理的超敏感性，但不能挽救其细胞形态缺陷。相反，BR信号通路的抑制反而加剧了fer-4的各向异性缺陷，表明BR信号增强实际上是对FER功能缺失的补偿性反应。

RALF肽调控下胚轴表皮细胞形态和果胶甲基化状态

研究表明FER的功能主要依赖于RALF感知而非MalA结构域介导的果胶感知。llg1-2突变体表现出与fer-4类似的细胞形态缺陷和BR信号 hyperactivity。RALF1/22/23/33四重突变体（ralf quad）同样显示细胞体积增大、各向异性降低、去酯化果胶增加和PME活性升高的表型。

RALF23促进BRI1-BAK1复合体形成

实验证明RALF23处理能够促进BRI1-BAK1的结合，过表达RALF23-GFP的植株显示CPD和DWF4转录本积累减少，BES1积累降低。RALF23处理还促进了BES1-Ypet和BZR1-Ypet的核定位。AlphaFold-multimer预测显示RALF23能够与LRX3、LRX4和LRX5结合，且其生物活性依赖于果胶状态。

RALF23以环境和受体特异性方式调控细胞壁组织

研究发现RALF23处理虽然不引起可测量的果胶化学变化，但能够诱导下胚轴表皮细胞中COS-488染色的点状结构形成，这些点状结构在根表皮中表现为细胞壁内陷。RALF23对细胞壁组织的调控依赖于FER但不依赖于LRX3/4/5，而对PME活性的调控则表现出LRX3/4/5依赖性。

研究结论和讨论部分强调，这项研究揭示了RALF介导的CWS在细胞壁状态和BR信号通路之间的关键枢纽作用。研究人员提出了一个工作模型：RALF23既与细胞壁定位的LRXs结合，也与质膜定位的FER-LLG1受体复合物结合。细胞壁表位的可用性决定了RALF23是被FER-LLG1感知还是被LRXs感知，从而使得RALF23被FER-LLG1感知能够反映细胞壁状态并启动适应性反应，包括促进BRI1-BAK1复合体形成和信号传导。

该研究的重要意义在于首次发现了肽激素-受体复合物模块调控BR信号通路的证据，为理解植物如何协调细胞壁完整性监测与生长调控提供了新视角。同时发现RALF23通过重布线细胞表面信号传导，可能在免疫与生长之间的权衡中发挥关键作用。这些发现为未来研究细胞壁力学、RALF肽信号和质膜组织之间的分子联系奠定了基础。