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细胞极性生长是生物体不可或缺的生命过程，例如神经细胞突触，植物花粉管、根毛，以及真菌菌丝等都是典型的极性生长细胞。细胞极性生长离不开蛋白质的极性定位。在动物细胞中的研究表明，蛋白质的极性定位与其基因mRNA在细胞特定空间的定位密切相关。这种由mRNA不对称分布导致的蛋白质极性定位现象被称为mRNA极性定位和原位翻译，是一种比将蛋白质运送到细胞特定区域效率更高、耗能更少的保守机制。然而在植物细胞中，关于mRNA极性定位和原位翻译的现象和调控机理还鲜有报道。

近日，湖南大学朱思睿课题组在国际植物学期刊The Plant Cell在线发表了题为Polar localization and local translation of RHO-RELATED PROTEIN FROM PLANTS2 mRNAs promote root hair growth in Arabidopsis的研究论文，揭示了ROP2 mRNA的极性定位和原位翻译促进植物根毛极性生长的新机制。

该研究发现，拟南芥中ROP2 mRNA通过其3’ UTR在根毛顶端实现极性定位，而3’ UTR的特定区域（区域VI250-350）在ROP2 mRNA的极性定位过程中起着关键作用。遗传学证据显示，5’ UTR:mEOSFP-CDS:3’ UTR和5’ UTR:mEOSFP-CDS:VI构建体能够完全恢复rop2-1突变体的根毛缺陷表型，并在一定程度上补偿rop2 rop6及rop2 rop6 ROP4i突变体的根毛缺陷，而5’ UTR:mEOSFP-CDS:VImut构建体则将该恢复作用明显削弱。光转化及荧光漂白恢复实验结果进一步表明，3’ UTR中区域VI250-350介导的ROP2 mRNA极性定位对于其局部翻译是必需的。

图1 ROP2 mRNA通过其3’ UTR在根毛顶端实现极性定位

（A）原位杂交实验检测ROP2 mRNA的定位；（B）MS2系统载体构建示意图；（C-F）4天大的拟南芥根毛细胞中，ROP2 mRNA (M6-5′ UTR:CDS:3′ UTR), ROP2 5 UTR (M6-5′ UTR), ROP2 CDS (M6-CDS),以及ROP2 3 UTR (M6-3′ UTR)的亚细胞定位。

进一步研究发现，ROP2 3’ UTR在一定程度上抑制了ROP2 mRNA的翻译速率。将3’ UTR中区域III100-200突变为腺嘌呤（A）后，ROP2 mRNA的翻译速率得以恢复，而将该区域突变为G-C（形成更加稳定的二级结构）碱基对后则抑制了ROP2 mRNA的翻译速率，表明ROP2 3’ UTR中区域III100-200在调控ROP2 mRNA翻译速率方面具有重要作用。遗传学证据显示，5’ UTR:mEOSFP-CDS:3’ UTR IIImutG-C将该恢复作用明显削弱，5’ UTR:mEOSFP-CDS:3’ UTR IIImutG-CVImut则无法恢复rop2-1, rop2 rop6, rop2 rop6 ROP4i突变体的根毛缺陷表型，表明由区域VI介导的ROP2 mRNA定位以及由区域III介导的ROP2 mRNA翻译在调控根毛极性生长中发挥关键作用。

综上所述，该研究报道了ROP2 mRNA 的极性定位及原位翻译现象，并发现3' UTR的特定区域是调控其mRNA极性定位和翻译速率的关键元件。ROP2 mRNA 的极性定位及原位翻译是调控ROP2蛋白极性定位和根毛极性生长的重要过程。该研究以ROP2 mRNA例，对于人们深入理解植物mRNA的极性定位及原位翻译调控机制和遗传基础具有重要的科学意义。

湖南大学生物学院博士后李园园为本论文第一作者，朱思睿副教授为本论文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金和湖南省自然科学基金的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koae333