根毛是根表皮细胞向外延伸生长形成的管状结构，在水分和离子营养吸收、植物固定和植物-微生物互作中发挥重要作用。根毛的生长为类似于花粉管的典型极性生长，且受多种调控组分组成的复杂信号网络的精细调控。在此过程中，根毛顶端建立和维持一个陡峭的细胞质自由Ca²⁺浓度梯度，在根毛最顶端，胞质Ca²⁺浓度可达微摩尔水平，比基部区域的胞质Ca²⁺浓度（约100 nM）高约十几倍。该Ca²⁺浓度梯度作为重要信号因子嵌入到复杂的根毛生长调控网络中，并发挥核心调控作用。多年来的研究表明，根毛顶端存在质膜Ca²⁺通道，后者通过介导和调控胞外Ca²⁺内流建立和动态调控根毛顶端细胞质Ca²⁺梯度，从而调控根毛生长。几年前的研究发现，三个CNGC家族成员，即CNGC5、CNGC6和CNGC9（简写为CNGC5/6/9），是控制根毛极性生长的三个主效质膜Ca²⁺通道，其功能缺失三突变体shrh1（short root hair 1）具有根毛变短和分叉等严重缺陷表型。但植物调控该Ca²⁺通道的活性从而控制根毛生长的分子机理还不清楚。

2025年1月15日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王永飞研究组在国际知名期刊Nature Communications上在线发表了题为“CPK1 activates CNGCs through phosphorylation for Ca2+ signaling to promote root hair growth in Arabidopsis”的研究论文，发现来自CPK家族的CPK1是根毛顶端质膜Ca²⁺通道CNGC5/6/9的主效正调控因子。研究人员首先筛选了一个蛋白激酶突变体库，发现cpk1-1和cpk1-2具有类似于CNGC5/6/9同时缺失三突变体shrh1的根毛缺陷。遗传证据表明，CPK1在根毛中位于CNGC5/6/9上游，作为CNGC5/6/9的直接激活因子促进根毛生长。进一步研究发现，CPK1通过磷酸化一个位于CNGC5/6/9氮自由端保守丝氨酸位点激活这三个Ca²⁺通道，引起胞外Ca²⁺内流，以此建立、维持和调控根毛顶端Ca²⁺梯度，最终促进根毛生长。至此，该研究成功揭示出了控制拟南芥根毛极性生长的信号通路CPK1-CNGCs-Ca²⁺，深化了人们对Ca²⁺信号调控根毛发育机理的理解。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士研究生朱美君为该研究论文第一作者，王永飞研究员为该论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后基金和上海市超博计划等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56008-4

CPK1对于根毛的极性生长是必需的