JIPB | 上海师范大学戴绍军课题组揭示FERONIA调控植物热形态建成的分子机制

FERONIA（FER）是长春花受体激酶家族CrRLK1L的核心成员之一，具有胞外区、跨膜区及细胞内激酶区的典型结构，这决定了其通过信号转导调控植物发育的重要性。近二十年研究表明，FER受体激酶在植物的细胞生长、激素响应及逆境适应等多种过程中发挥重要作用。而FER调控热形态建成的分子基础，以及其是否与生长素生物合成途径相关联，仍然是一个有待阐明的问题。

近日，上海师范大学戴绍军教授团队在

Journal of Integrative Plant Biology

FERONIA regulates plant thermomorphogenesis via nuclear translocation and auxin pathway modulation

已有的报道表明温度敏感型突变体fer‑ts（其FER蛋白的Malectin结构域中415位的G替换换为S）在热胁迫下表现出根毛发育缺陷的表型，该研究发现fer-4突变体在温和高温条件下具有下胚轴伸长缺陷的表型且FER的激酶活性对FER调控植物的热形态建成至关重要（图1A–E）。

图1. FER正调控拟南芥热形态建成

进一步研究发现正常条件下FER定位于细胞膜上，温和高温条件下FER定位于细胞膜、细胞质和细胞核中（图2A–C），进一步通过酵母双杂交、双荧光素互补、GST-Pull down 实验表明FER与IMPA、IMPA8、IPMA9和IMB4互作，说明FER通过核孔复合体进入细胞核（图2D–F）。

图2. FER通过与核孔复合体互作进入细胞核

进一步通过双荧光素酶、Co-IP、GST-pull实验证明FERCD进入细胞核内会与IAA29互作（图3A–D），体内、体外磷酸化实验证明FERCD能够磷酸化IAA29（图3E、F）。随后通过酵母双杂交、双荧光素酶、Co-IP实验证明磷酸化的IAA29能减弱其与ARF19的相互作用（图4A–D）从而能削弱IAA29对ARF19转录活性的抑制（图4E–G）。

图3. FERCD与IAA29互作并将其磷酸化

图4.磷酸化的IAA29减弱与ARF19的互作并削弱其对ARF19转录活性的抑制

综上所述，正常条件下，FER定位于细胞膜上，细胞核内的IAA29与ARF19形成异源二聚体，抑制ARF19的转录激活活性。温和高温诱导FER胞内结构域（FERCD）被切割，进而FERCD通过核孔复合体进入到细胞核内。FERCD与IAA29互作并将其磷酸化，磷酸化的IAA29蛋白与转录因子ARF19的互作减弱，削减了对ARF19转录活性的抑制，ARF19可能调控XTH9，XTH33，EXPA8和EXPA11等细胞伸长相关基因的表达，促进下胚轴伸长（图5）。这为深入认识植物热形态建成的分子机制提供了重要信息。

图5类受体激酶FER 调控拟南芥热形态建成的工作模型

上海师范大学生命科学学院与东北林业大学联合培养博士生郑红霞为论文第一作者，上海师范大学戴绍军教授为论文通讯作者。博士生任巍巍、硕士生武迪、杨飞龙、博士生李跃跃、王浩田、上海师范大学孙美红副研究员参与了该研究，该研究得到国家自然科学基金和上海植物种质资源工程研究中心项目的资助。

https://doi.org/10.1111/jipb.70167