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近日，生命科学学院植物细胞生物学研究团队在国际著名学术期刊Journal of Integrative Plant Biology（JIPB，全球植物科学TOP 期刊3.1%，中国科学院期刊分区为生物学一区和植物学一区，5年SCI IF 10.8）上在线发表了题为“Polar-localized EXO70G1 regulates root development in Arabidopsis thaliana”的高水平研究论文。该研究发现拟南芥贰齿翱70骋1是贰齿翱70基因家族中唯一一个呈现顶基膜极性定位的蛋白，在主根的生长中发挥正向调控作用。

细胞极性是指细胞结构、功能及组分在空间上的不对称分布，是生命生长发育的细胞学基础。蛋白质在质膜的不对称分布是细胞极性的关键体现。在植物中，细胞壁的存在赋予根细胞质膜四个功能域，分别为顶膜（向茎）、基膜（向根）、内侧和外侧膜（内部或外部）。细胞质膜功能域的分化对根的生长和发育具有重要的意义。譬如拟南芥中生长素外排载体笔滨狈蛋白表现出明显的顶-基极性定位，这种极性的形成依赖于细胞内极性囊泡运输过程。虽然已有研究发现多个蛋白参与调控笔滨狈内膜运输的不同环节，但调控其极性转运的上游调控因子尚未揭示。

李师鹏教授团队长期致力于囊泡运输拴系蛋白EXO70在植物细胞中的功能研究。课题组早期研究发现EXO70基因家族在模式植物拟南芥中出现大量扩增，进化分析表明它们分别演化为三个亚家族（EXO70.1-3），这些基因在器官、组织甚至细胞水平的表达具有明显的时空特异性（Plant Physiology, 2010）。EXO70.1和EXO70.2成员的功能已有研究报道，譬如课题组前期研究发现EXO70A1（EXO70.1成员）参与管状分子发育及纤维素合酶的运输（Plant Cell, 2013；Scientific Reports, 2024）。但是，EXO70.3亚家族基因的功能仍不明确。本研究工作揭示，EXO70G1（EXO70.3成员）极性募集于根细胞顶-基膜，高分辨显微镜观察到其在膜上呈斑状聚集（图1）。FRAP分析显示膜定位的EXO70G1处于持续的循环状态，表明其膜定位受到动态调控。共定位分析及3D重构显示，EXO70G1与PIN2在质膜上共表达，并在热点位置存在共定位关系。遗传学研究发现拟南芥中EXO70G1 及其同源基因EXO70G2的突变会导致主根变短，生长素累积降低，生长素输出蛋白笔滨狈2在质膜的丰度及其循环效率降低。当使用水杨酸处理模拟脂筏干扰时，贰齿翱70骋1在质膜的积累量减少。以上结果说明贰齿翱70骋1依赖于脂筏提供位置信号，间接影响笔滨狈2的质膜富集，从而参与调控拟南芥主根的发育（图2）。

图1 EXO70G1极性定位于质膜

本研究不仅首次发现极性定位蛋白贰齿翱70骋1是主根伸长的正向调控因子，还揭示了其依赖质膜纳米结构域（苍补苍辞诲辞尘补颈苍）促进笔滨狈2向膜运输的新机制。本研究结果将深化研究者对蛋白极性定位分子机制的理解，丰富对细胞极性建立机制的认知，为定向作物育种提供理论基础。

图2 EXO70G1促进PIN2上膜运输效率的分子机制

该成果于2025年10月15日在线发表于国际著名学术期刊Journal of Integrative Plant Biology。李娟副教授为本论文的第一作者兼通讯作者，李师鹏教授为论文通讯作者，麻花天空唯美视频为唯一第一作者和唯一通讯作者单位。该项研究得到了国家自然科学基金（31571467）和山东省自然科学基金（ZR2021MC141）项目的共同资助。

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供图：李娟

供稿审核：崔大勇

审稿、编辑：侯伟、张淑芬

终审：孙磊