棉花 ROP6通过促进纤维特异性 PIN3a 降解调控PIN3a的质膜定位

棉花是主要的经济作物，为纺织工业提供重要的原料。棉纤维是由胚珠表皮细胞分化发育而成的单细胞结构。纤维起始时，生长素在纤维细胞中积累促进纤维突起。这种大量分散且以单细胞为中心的生长素梯度主要通过运输蛋白PIN3a介导的生长素极性运输建立，但具体机理尚不清楚。我们研究发现 PIN3a的蛋白定位转变在此阶段发挥重要作用。纤维起始前，PIN3a无差别地定位在胚珠表皮细胞质膜，且不表现出明显的极性。当纤维起始时，胚珠表皮非纤维细胞中的PIN3a蛋白快速极化，定位在偏向合点一侧的质膜，控制胚珠表皮生长素向合点端的运输。而在纤维细胞中，PIN3a尽管优势转录，却遭受快速的蛋白降解调控，以至细胞质膜定位丧失，无法介导生长素运出细胞，导致胞内生长素浓度的升高。这一细胞特异性的PIN3a降解过程，与在纤维细胞中优势表达的ROP6 GTP酶密切相关。在纤维细胞中，ROP6信号被大量激活，并增强网格蛋白介导的内吞进程，让PIN3a更多进入蛋白降解进程，从而调控PIN3a在纤维细胞中的定位。超量表达ROP6或者ROP6的激活形式显著促进纤维的伸长并增加成熟纤维长度。本研究揭示棉花胚珠表皮生长素梯度的形成机理，并通过对ROP6的遗传操作调控生长素的分配提高了棉花纤维长度，为纤维遗传改良提供了1个有效策略。