科学家证实，环磷酸腺苷是植物细胞的第二信使

你知道吗?事实上，我们周围的植物就像精确运行的“智能工厂”。每片叶子的伸展和每根胡须的伸展都遵循复杂的“工作指令”。

3月6日，深圳理工大学合成生物学院特任教授齐林林和奥地利科学技术研究所吉í Friml团队合作破解了植物王国的神秘密码。他们在《自然》上发表的最新研究发现，除了著名的“指挥官”生长素外，植物细胞中还有一个至关重要的“指挥官”——环磷酸腺苷(cAMP)。

如果把植物的生长控制系统想象成一个繁忙的城市交通枢纽，那么生长素就像一个持有通行证的“指挥官”。每当它出现，就会引发一系列特殊通道的开通。在过去的20年里，科学界普遍认为，这个“指挥官”必须以某种方式结合生长素，促进受体TIR1/AFB与共受体Aux/IAA的相互作用。TIR1蛋白中E3泛素连接酶的活性促进Aux/IAA的泛素化和降解，从而缓解其对ARF转录因子的抑制作用，使“车辆”(下游基因表达)开始行驶。

然而，研究人员发现，还有另一条秘密隧道——CAMP信号通道，即使是原来的“红绿灯系统”(Aux/IAA蛋白)仍在正常运行中，这条隧道也能使车辆畅通无阻。

“经典生长素信号转导模型写入教科书自成立以来，已引领该领域研究近20年。它认为，Aux/IAA的降解是引导下游生长素转录反应的充分和必要条件。”齐林林解释说，就像Aux/IAA是植物生长过程中的“刹车”一样，拆除它相当于启动汽车。“但我们发现事实并非如此，Aux/IAA的降解不一定是引导下游转录调控的充分和必要条件。TIR1蛋白腺苷酸环化酶(AC)活性及其产物CAMP在生长素信号转移中起着不可或缺的作用，并证实了CAMP是植物细胞的第二信使这一历史性争议。”

此前，祁林林2022年在Ji í Friml团队在博士后研究期间，作为第一作者，在《自然》中发表了一篇文章，首次透露TIR1/AFB受体家族也具有AC活性，可以通过催化三磷酸腺苷来催化(ATP)生成CAMP，调节根系生长抑制和向地性反应。然而，当时他们还不清楚TIR1/AFB的AC活性和E3泛素连接酶活性之间的关系。AC活性产物CAMP是否真的在生长素信号转换中发挥了第二信使的作用还有待证实。

这一次，科研团队通过一系列实验发现，Aux/IAA具有双重作用。它不仅是泛素降解通路的核心组成部分，也是AC活性调节的关键开关。同时，生长素受体TIR1/AFBAC活性缺失不影响Aux/IAA蛋白降解，但会阻碍生长素诱导的转录调节，说明Aux/IAA蛋白降解不足以充分介导生长素转录反应，说明拆除“刹车片”不一定会启动植物生长程序。

它们通过诱导进一步表达Aux/Aux中人工构建的融合蛋白IAA-ARF附近产生CAMP，可以绕过TIR1/AFB对生长素的感知和Aux/IAA的降解途径。在转录抑制子Aux/IAA稳定存在的情况下，仍能激活ARF转录因子介导的转录程序，达到模拟生长素的生物效应，说明CAMP足以在实验系统下启动生长素转录反应，也证明Aux/IAA降解不是生长素转录调节反应的必要条件。也就是说，在生长素介导的植物发育中，只要有CAMP，生长程序启动就不需要拆除“刹车片”。

该研究还首次证实，CAMP是植物细胞的第二信使，为后续研究开辟了新的理论探索方向。