因為植物細胞被包裹在堅硬的細胞壁中，所以植物的細胞不像動物那麼自由。但是細胞壁也不是真的就是「鐵板一塊」：當植物生長時，細胞必須一邊把細胞壁拉長，一邊維持細胞壁的完整，否則細胞壁就可能破裂。如何可以順利生長又不會把細胞壁拉破，這背後需要嚴密的調控機制。從某個角度來說，大概可以說是植物的「生長痛」吧！
從過去的研究已知，植物類固醇芸苔素內酯 (brassinosteroid，BR) 是植物控制細胞伸長的關鍵，無法合成芸苔素內酯的突變株det2，因為細胞無法伸長，導致植株非常矮小且外觀呈現深綠色。但是，究竟芸苔素內酯訊號如何達成平衡調節細胞壁伸長呢？
最近的研究發現，一個稱為RALF的小分子肽，擔任了細胞壁與芸苔素內酯之間的對話角色。
RALF是什麼？其實RALF並不是新的東西，早在 2000 年代初期，就有研究團隊發現一群能讓植物的細胞外空間（apoplast）快速鹼化的小型分泌肽，命名為RALF (RAPID ALKALINIZATION FACTOR)。
後來發現，原來 RALF 在阿拉伯芥裡是個有 30 多個成員的大家族，參與生長、繁殖、抗逆境與免疫。其中的RALF23，能透過受器FERONIA (FER)與LLG1來調控細胞壁狀態。研究發現，當RALF 被分泌到細胞外後，會與細胞壁的去酯化果膠結合。當果膠被PME（pectin methyl esterase, 果膠甲基酯酶）去除甲基後，就會變成去酯化（de-esterified）果膠，去酯化的果膠帶有較多負電荷，而RALF帶有較多正電荷；這樣兩者的結合力就會加強。
另外，RALF也會影響免疫受器 FLS2 與 BAK1 的結合。但是BAK1 並不只是在免疫裡的重要共受器，它同時也是芸苔素內酯主受器 BRI1的共受器（BAK1：吾多能鄙事）。這就讓研究團隊想到：如果 RALF 能影響 FLS2-BAK1，那會不會也能影響 BRI1-BAK1？
當然，還是要先測試一下。研究團隊發現，FER 突變株對外加芸苔素內酯特別敏感，顯示少了 FER的確會影響芸苔素內酯訊號。
過去的研究也發現，芸苔素內酯的訊號會調控細胞壁相關基因與酵素，而細胞壁甲基化狀態的改變也能反過來觸發芸苔素內酯訊號。而 RALF 正好就是能夠與細胞壁果膠互動的小肽。
綜合以上四點，研究團隊認為：RALF 可能是細胞壁狀態與芸苔素內酯訊號之間的橋樑。
首先，研究團隊分析了fer 或llg1 突變株。他們發現這兩種突變株的細胞形態異常，果膠甲基化下降，果膠去酯化（PME）活性升高，且芸苔素內酯訊號過度活化。另外，缺少ralf1/22/23/33的四重突變株也出現類似性狀，也伴隨芸苔素內酯訊號增強。也就是說，這兩種類型的基因，可能管的就是同一條路徑。
接著，研究團隊合成 RALF23 小肽，然後用它直接處理阿拉伯芥幼苗，去觀察芸苔素內酯訊號受器 BRI1-BAK1 的互動情況以及下游反應。結果他們發現，外加 RALF23可以促進BRI1-BAK1複合體形成；還能讓下游轉錄因子 BES1、BZR1 更快進入細胞核。
不過，如果加入PME抑制劑（EGCG）來抑制果膠去酯化的話，會削弱這個效果。這些結果顯示， RALF 功能的確與芸苔素內酯的信息傳導有關，同時也與細胞壁果膠狀態密切相關。
那麼，如果高量表現 RALF23呢？研究團隊發現，如果高量表現 RALF23的話，植株的芸苔素內酯訊號上升，但不必然伴隨明顯的細胞壁整體化學變化，推測可能是奈米尺度或局部的調控。
透過這些實驗，研究團隊認為FER/LLG1-RALF 系統負責感知細胞壁的狀態，並能調整芸苔素內酯訊號。
當缺少了 RALF 訊號時，芸苔素內酯會自動加強，用來補償細胞形態缺陷。
外加 RALF23 則可以促進 BRI1-BAK1 活化，形成一個「細胞壁訊號 ↔ BR 訊號」的迴路。
所以，當細胞壁的果膠發生去酯化或細胞壁受到壓力時，可能會誘導 RALF 表現；當 RALF（特別是 RALF23）與FERONIA (FER)–LLG1 受器複合體結合後，會促進 BRI1 與 BAK1 複合體的形成。當然，對細胞膜上其他受器的組合方式也有影響，不過這裡就先省略了。
BRI1-BAK1 被活化後，芸苔素內酯訊息傳遞反應啟動，導致轉錄因子BES1 與 BZR1去磷酸化並進入細胞核，開始調整與細胞伸長、生長相關的基因表現，例如抑制 CPD、DWF4。
同時，RALF23 與去酯化果膠結合，影響果膠修飾酵素 (PME/PMEI)的活性。
透過這一連串的反應，最後植物下胚軸表皮細胞的體積、長寬比、伸長方向會受到影響。
圖片作者：ChatGPT
也就是說，RALF 透過與FER-LLG1 結合，來影響 BRI1-BAK1 接著活化芸苔素內酯訊號；於是就改變了基因表現（透過BES1 與 BZR1）與細胞壁修飾（透過果膠修飾酵素），達到影響細胞伸長與形態的目的。
這是第一個直接證明「肽類訊號—受器模組」能調控芸苔素內酯信息傳遞的案例。實驗結果顯示植物如何用「細胞壁訊號」來調整「植物激素訊號」，避免在伸長時破壞細胞壁。而且，RALF23 還可以影響免疫受器與生長受器的組合，這是非常重要的發現。
總而言之，RALF 就像一封由細胞壁寫給細胞的信，它被 FER-LLG1 收到，再轉交給 BRI1-BAK1，讓芸苔素內酯訊號決定細胞應該怎麼生長。
這樣的訊號迴路，讓植物能夠在「長得快」與「細胞壁不破裂」之間，找到平衡。
參考文獻：
Biermann, D., von Arx, M., Munzert-Eberlein, K. S., Xhelilaj, K., Séré, D., Stegmann, M., Vert, G., Wolf, S., Engelsdorf, T., Zipfel, C., & Gronnier, J. (2025). A RALF–brassinosteroid signaling circuit regulates Arabidopsis hypocotyl cell shape. Current Biology, 35(20), 1–16. https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.09.016
