Dev. Cell | 上海交大刘路研究组揭示生长素响应的关键开关因子

生长素在植株的生长发育过程中扮演着重要作用。生长素响应因子（ARF, Auxin Response Factor）通过直接结合下游基因启动子调控生长素响应基因的表达。在植物体内生长素响应能力弱的区域，ARF以蛋白凝聚体的形式定位于细胞质中；在生长素响应能力强的区域，ARF蛋白则定位于细胞核中，并以单体形式存在，而后启动对下游基因的调控。ARF转录因子通过蛋白互作产生可逆的凝聚体影响其核质分布状态和信号转导输出，进而调控植物不同组织对生长素的响应（Powers et al., 2019）。如何调控ARF蛋白的细胞质凝聚状态与细胞核定位是一个解读生长素信号转导通路的新思路，但该过程的调控机理仍需进一步研究。

近日，上海交通大学农业与生物学院刘路课题组在Developmental Cell在线发表了题为MCTP controls nucleocytoplasmic partitioning of AUXIN RESPONSE FACTORs during lateral root development的研究论文，研究结果表明MCTP蛋白与侧根发育的关键调控因子ARF7和ARF19相互作用，调控ARF蛋白在侧根原基细胞中的细胞核质分布，进而影响植物侧根发育。

该研究以MCTP家族蛋白为切入点，发现三个MCTP家族蛋白MCTP3、MCTP4和MCTP6参与到侧根发育过程中。MCTP3/4/6基因三突变体的侧根数目明显减少，并对生长素处理不敏感；蛋白互作实验表明MCTP在细胞质中与ARF7/19相互作用。烟草细胞共表达实验表明，与MCTP蛋白共表达后，ARF7/19蛋白由细胞质中的点状定位转变为细胞核定位。野生型拟南芥侧根原基的ARF19定位于细胞核调控侧根原基的发育；与之相对，mctpt突变体中细胞核定位的ARF19则明显减弱，并且在细胞质中以点状聚集体形式存在。遗传实验表明，过量表达ARF7/19不能回补mctpt侧根缺失的表型；但是，过表达可产生单体ARF蛋白形式的ARF19K962A（或ARF7 K1042A）则可以回补突变体的侧根缺失表型。因此，MCTP蛋白通过与ARF7/19蛋白在细胞质中互作，促进ARF7/19蛋白多聚体的解聚与细胞核定位，最终调控侧根发育过程。

综上所述，MCTP家族蛋白通过影响生长素信号通路关键调控因子ARF7/19的亚细胞定位和功能，进而调控植物侧根的发育。植物如何在生长素广泛分布的情况下只被特定的组织或细胞所响应是重要的科学问题，这对植物正确的形态建成至关重要。MCTP在特定组织部位表达，且其蛋白被生长素稳定，通过对ARF蛋白多聚体状态的调控，影响着植物对生长素的响应。该研究加深了对生长素信号转导途径调控机制的认知。

上海交通大学农业与生物学院助理研究员玄立杰为该论文第一作者，刘路副教授为唯一通讯作者。新加坡国立大学俞皓院士、上海交通大学薛红卫教授与龚清秋副教授为该研究提供了大力的支持。本研究得到了上海市现代种业协同创新中心、国家自然科学基金、上海市农业科技服务中心科技兴农项目及上海交通大学启动经费项目的资助。

论文链接：

https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(24)00573-2