中外科學家合作破解植物王國又一神秘密碼

中新網深圳3月6日電 (記者 索有爲)深圳理工大學合成生物學院特任教授祁林林與奧地利科學技術研究所(ISTA)Jiří Friml團隊合作，3月6日在《自然》雜誌上揭曉了一個顛覆教科書的重要發現——植物細胞裡除了衆所周知的“指揮官”(生長素)，還有一位至關重要的“傳令兵”(環磷酸腺苷，cAMP)，因此破解了植物王國的又一神秘密碼。

如果把植物的生長控制系統想象成一個繁忙的城市交通樞紐，那麼生長素就如同手持通行證的“指揮官”，每當它出現，就會觸發一系列特殊通道的開啓。在過去的20年裡，科學界普遍認爲，這個“指揮官”必須通過某種特定方式才能讓車輛(下游基因表達)開始行駛。

“寫進教科書的經典生長素信號轉導模型認爲，Aux/IAA的降解是介導下游生長素轉錄反應的充分且必要條件。”祁林林解釋道，就好比Aux/IAA是植物生長程序的“剎車”，拆掉它就等於啓動車子，“我們發現事實並不是這樣，Aux/IAA的降解不一定是介導下游轉錄調控的充分且必要條件，TIR1蛋白的腺苷酸環化酶(AC)活性及其產物cAMP在生長素信號轉導中起着不可或缺的作用，並且證實了cAMP是植物細胞的第二信使這一歷史性爭議。”

祁林林2022年在Jiří Friml團隊從事博士後研究期間，曾作爲第一作者在《自然》發文，首次報道了TIR1/AFB受體家族還具有AC活性，可通過催化三磷酸腺苷(ATP)生成cAMP，調控根系生長抑制和向地性反應。不過，當時他們對TIR1/AFB的AC活性和E3泛素連接酶活性之間的關係並不清楚，AC活性的產物cAMP是否確實在生長素信號轉導途徑中發揮第二信使的作用也有待證實。

此次，科研團隊通過一系列實驗發現，Aux/IAA具有雙重角色，它既是泛素化降解通路的核心元件，又是AC活性調控的關鍵開關。同時，生長素受體TIR1/AFB的AC活性缺失並不影響Aux/IAA蛋白降解，但會造成生長素誘導的轉錄調控受阻，說明Aux/IAA蛋白降解不足以充分介導生長素轉錄反應。也就是拆掉“剎車片”並不會必然使植物生長程序啓動。

研究團隊進一步發現，在生長素介導的植物發育中，生長程序啓動也可以不需要拆掉“剎車片”，只要有cAMP就行。

該研究也首次用遺傳學證據證實了cAMP是植物細胞的第二信使，解決了這一歷史性爭議，也爲後續研究開闢了新的理論探索方向。

來源：中國新聞網