ROP GTPase 是植物进化上保守的分子开关，参与调控细胞极性生长、囊泡运输、器官建成与胁迫应答。经典研究认为，ROP 家族蛋白的核心功能是将 PIN 生长素转运蛋白维持在细胞质膜上，但在棉花中 GhROP6 却发挥完全相反的功能，促进 PIN 蛋白发生胞吞与降解。保守的 ROP 信号模块如何在演化中实现功能反转，一直是领域内悬而未决的科学问题。

近日，西南大学农学与生物科技学院张觅团队在New Phytologist 发表题为“A single amino-acid switch reprograms ROP6 signaling to drive functional evolution in plants” 的研究论文。继前期解析 ROP 信号调控棉花发育的工作之后，本研究揭示了 ROP6 蛋白第 194 位氨基酸作为核心分子开关重编程下游信号输出的机制，为解析植物 ROP 蛋白功能进化及棉花纤维发育提供了重要线索。

拟南芥 AtROP6 第 194 位为甘氨酸（G），功能是稳定 PIN 蛋白质膜定位；锦葵科棉花 GhROP6 第 194 位突变为丙氨酸（A），则介导 GhPIN3a 胞吞与降解。研究者通过烟草瞬时表达、转基因拟南芥回补等 reciprocal 点突变实验证实：将 GhROP6 的 A194 突变为 G，其即失去介导 PIN 降解的能力；反之将 AtROP6 的 G194 突变为 A，则获得促进PIN 胞吞降解的棉花型功能。系统进化重建显示，194 位甘氨酸属于祖先状态，锦葵科类群特异性富集丙氨酸，该位点变异是驱动 ROP6 发生谱系特异性功能分化的关键。

进⼀步利用酵母双杂交、BiFC、Pull-down、Co-IP 等实验筛选并验证，携带 A194 位点的 GhROP6 能够特异性招募 3 个下游效应蛋白 GhRIC1a、GhRIC1c 和GhRIC6b；体外生化与细胞学实验证明，GhRIC 蛋白可直接结合肌动蛋白单体，促进 F-肌动蛋白组装和成束，且不依赖微管骨架。GhROP6-GhRICs 介导的肌动蛋白重塑，促进生长素转运蛋白 GhPIN3a 发生网格蛋白依赖的胞吞并进入液泡降解。与拟南芥经典通路不同，该信号通路不依赖生长素激活。VIGS 沉默 GhRIC1a/1c/6b 后，胚珠中 GhPIN3a 质膜蛋白水平升高、纤维伸长受抑；过表达 GhRIC1a 的转基因棉花纤维显著变长，证实 GhRICs 是促进棉花纤维发育的正向调控因子。

综上所述，该研究系统阐明了 GhROP6 (A194)-GhRICs-F-actin 成束-GhPIN3a 胞吞降解-促进棉花纤维伸长的完整分子通路，揭示单个氨基酸替换即可重编程保守 ROP GTPase 的信号输出，而无需改变蛋白保守 G 结构域，为理解保守信号蛋白如何通过序列微小变异获得谱系特异性新功能提供了重要范例，同时挖掘 GhRIC 家族作为棉花纤维遗传改良的潜在基因资源，为作物分子育种提供新思路。

西南大学农学与生物科技学院博士生张柳琴为该论文第一作者，农学与生物科技学院张觅研究员和生命科学学院兰婷副教授为共同通讯作者。侯磊研究员及裴炎教授在论文修改与数据分析中提供了宝贵建议。该研究得到国家自然科学基金、重庆市青年拔尖人才项目、重庆市自然科学基金资助。

论文链接：https://doi.org/10.1111/nph.71650

初审：李云峰

复审：郑莉佳

终审：刘秋艳