Biomatik：RALF1肽作为FERONIA受体激酶的配体及其信号传导机制

文献标题：Extracellular pectin-RALF phase separation mediates FERONIA global signaling function

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.11.038

研究背景

植物在生长过程中需要应对各种环境压力，如高温、高盐等。为了适应这些挑战，植物进化出了复杂的信号传导机制来调节生长和生存。FERONIA（FER）受体激酶及其配体RALF（快速碱化因子）在植物生长和逆境响应中发挥关键作用。RALF肽通过与FER受体相互作用，调控细胞伸长、植物免疫以及生殖过程。然而，FER在多种细胞过程中的广泛功能是如何实现的，目前尚不清楚。

研究内容

本研究旨在探索FERONIA受体激酶的广泛信号传导机制，特别是其配体RALF1如何通过细胞外的相分离过程激活FERONIA依赖的细胞表面响应，从而在植物生长和逆境响应中发挥作用。

研究方法

1. 细胞生物学方法：使用荧光标记的RALF1和FERONIA，观察其在细胞表面的聚集和内吞作用。

2. 生化分析：通过体外实验验证RALF1与果胶的相互作用，并研究其相分离能力。

3. 遗传学方法：利用拟南芥突变体（如fer-4、llg1-2和ralf1-3）分析FERONIA和RALF1的功能。

4. 环境胁迫实验：通过高盐和高温处理，研究这些逆境条件对RALF1和果胶相分离的影响。

研究结果

1．细胞表面响应：发现RALF1能够诱导FERONIA和LLG1的聚集和内吞作用，同时还能促进非特异性受体的内吞，这种现象依赖于FERONIA和LLG1。

2．果胶-RALF1相分离：证实了RALF1与果胶能够发生相分离，并形成分子凝聚体，这些凝聚体能够招募FERONIA和LLG1。

3．逆境响应机制：高盐和高温胁迫能够触发果胶-RALF1相分离，进而促进细胞表面受体的聚集和内吞作用，这一过程对于植物从逆境中恢复生长至关重要。

4．功能验证：通过遗传学和生化分析，证明了果胶-RALF1-FERONIA-LLG1复合体在植物生长和逆境响应中的功能，揭示了FERONIA信号传导的细胞外机制。

综上所述，本研究揭示了FERONIA受体激酶通过其配体RALF1和果胶的相分离过程，广泛激活细胞表面信号传导，从而调控植物生长和逆境响应的新机制。

在这篇文献中，RALF1肽（Biomatik定制产品）的主要应用集中在以下几个方面：

1. 研究FERONIA受体激酶的信号传导机制

诱导FER和LLG1的聚集和内吞作用：研究发现，RALF1能够诱导其受体FERONIA和LLG1的聚集，并促进它们的内吞作用。这种聚集和内吞作用依赖于FER和LLG1的存在，并且是FERONIA信号传导的关键步骤。

触发非特异性受体的内吞作用：RALF1不仅影响其特异性受体，还能诱导非特异性受体（如BRI1、FLS2等）的聚集和内吞作用，这种现象称为“promiscuous endocytosis”。

2. 探索细胞外相分离机制

与果胶的相互作用：研究发现，RALF1能够与细胞壁中的果胶结合，并通过相分离形成分子凝聚体（condensates）。这些凝聚体能够招募FER和LLG1，形成复合体。

相分离的动态性：通过荧光恢复后光漂白（FRAP）实验，证实了这些凝聚体是动态的，支持了相分离在细胞外的形成和功能。

3. 研究逆境胁迫下的信号响应

高盐和高温胁迫：研究发现，高盐和高温胁迫能够触发RALF1和果胶的相分离，进而促进细胞表面受体的聚集和内吞作用。这一过程对于植物从逆境中恢复生长至关重要。

逆境响应的分子机制：通过基因表达分析和生化实验，发现逆境胁迫能够增加细胞外RALF1和果胶片段的水平，从而增强FERONIA信号传导。

4. 揭示FERONIA信号传导的细胞外机制

细胞外信号感知：研究揭示了RALF1和果胶如何通过相分离形成细胞外的信号平台，从而感知和响应外界信号。

广泛的细胞表面响应：RALF1诱导的相分离不仅影响FERONIA信号通路，还通过招募其他细胞表面受体和调节因子，广泛影响植物的生长和逆境响应。

5. 作为研究工具

荧光标记的RALF1：通过化学方法将荧光染料（如Cy3、Alexa647等）标记到RALF1上，用于活体成像和细胞表面受体的共定位分析。

突变体分析：研究中使用了多种RALF1突变体（如I6A、AAA6–8、K43D等），通过分析这些突变体在相分离和信号传导中的功能，揭示了RALF1的关键氨基酸残基对功能的影响。

总结

RALF1肽在本研究中不仅作为FERONIA受体激酶的配体，用于研究其信号传导机制，还被用于探索细胞外相分离现象及其在逆境胁迫响应中的作用。这些应用揭示了RALF1在植物生长和逆境适应中的重要功能，并为理解植物细胞外信号传导提供了新的视角。