植物根系是植物与土壤等环境交互的关键器官，在植株固着、水分与养分吸收、土壤环境适应等方面发挥关键作用。根系韧性改良对于在全球气候挑战背景下实现可持续农业和生态文明具有重要意义。
植物器官建成依赖细胞状态的动态转变，而细胞壁动态重塑、包括果胶、纤维素等多糖的结构与组装变动是调控细胞状态的核心要素。根系发育起始于根尖分生区的细胞分化与分裂，以及后续纵向梯度上细胞伸长与成熟，根系发育因而成为探究细胞发育程式、激素调控、环境应答与细胞壁调控等分子通路协调整合的重要场景。根系的持续生长取决于根尖分生区的稳态维持，受到激素、RGF1等小肽及其受体激酶等多重通路的精密调控。而活性氧超氧阴离子与过氧化氢分布是调控细胞分裂向细胞伸长转换的另一个维度。此外，细胞生长还伴随细胞壁重构，但不同类型分子调控模块如何精准耦合、交互调控根系细胞纵向梯度式发育，仍相当不清楚。
2026年4月10日，中国科学院遗传与发育生物学研究所/CSPB植物代谢专委会周奕华研究员和张保才研究员团队在Nature Communications在线发表了题为“Root development progression involves RALF peptide-mediated ROS signaling and pectin dynamics in rice”的研究论文。该研究揭示了整合跨膜活性氧信号转导与细胞壁果胶重塑、调控水稻根系发育进程的多元分子网络，深化了对根系发育分子整合调控的认识。
针对根尖生长的活性氧梯度调控，综合细胞学观测与遗传分析发现，水稻根尖分生区的超氧阴离子主要由NADPH氧化酶RbohB及其同源蛋白催化生成，为根尖分生区细胞分裂活性维持所必需。蛋白互作与生化等分析表明，受体激酶THE3可磷酸化激活RbohB并增强其稳定性，进而促进超氧阴离子的生成。多糖免疫荧光分析发现，高甲酯化果胶的分布模式与超氧阴离子梯度高度一致，而去甲酯化果胶则在根尖伸长区显著富集。
进一步研究发现，超氧阴离子可调控果胶甲酯酶PME30等的稳定性，进而影响其果胶去甲酯化活性，并获得了遗传分析等实验的证实。经上游信号分子筛选，发现OsRALF4为THE3识别的配体，并可抑制THE3-RbohB信号通路，以剂量依赖的方式调控由细胞分裂向细胞伸长的转换及果胶去甲酯化。此外，OsRALF4可直接结合去甲酯果胶。利用搭建的三维随机光学重建(3D-dSTORM)超分辨率显微镜平台进行成像分析发现，OsRALF4与去甲酯果胶在伸长区细胞的细胞壁中共同形成聚集态果胶网络结构，促进细胞伸长。
该研究揭示了OsRALF4以信号分子与多糖结合因子两重功能介导活性氧梯度与细胞壁重塑耦合的跨膜分子调控网络，其两重功能的动态转换正是促进根尖发育进程中分生区细胞由细胞分裂向细胞伸长转换的分子基础。该研究明晰了多元分子模块整合调控根系发育的核心机制，深化了对细胞生长可塑性多层级复合调控的认识，为作物高产高效根系的设计重构提供了理论依据。
