生长素作为调控植物生长发育的关键激素，其信号转导机制的研究迎来重要突破！
深圳理工大学合成生物学院特任教授，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所客座研究员祁林林作为共同第一作者，与奥地利科学技术研究所（Institute of Science and Technology Austria，ISTA ） Jiří Friml团队合作，在《Nature》发表重磅研究成果，修订了生长素信号转导的经典理论模型，并证实环磷酸腺苷（cAMP）是植物的第二信使。
研究背景
生长素信号转导的经典理论模型
生长素作为最重要的植物激素之一，几乎调控植物从胚胎发育到生殖各个阶段的重要过程。生长素信号转导的研究一直处于植物学前沿，并为揭示其他信号通路提供了线索。经典生长素信号转导理论模型认为：生长素促进受体TIR1/AFB与共受体Aux/IAA之间的相互作用，TIR1/AFB的E3泛素连接酶活性促使Aux/IAA的泛素化和降解，解除其对ARF转录因子的抑制作用，最终激活下游基因表达。这一经典理论模型认为Aux/IAA蛋白的降解是介导下游生长素转录反应的充分且必要条件。虽然学界陆续发现ABP1/ABLs-TMKs介导的胞外生长素信号途径、IAA直接调控ARF3转录因子等非经典机制，但TIR1/AFB-Aux/IAA-ARF通路仍被广泛认为是介导绝大多数生长素效应的核心通路。近二十年来，这一经典理论模型基本未发生概念性变化。
2022年，祁林林博士在奥地利科学技术研究所Jiří Friml团队从事博士后研究期间，以第一作者在Nature发文，首次报道TIR1/AFB受体家族还具有腺苷酸环化酶（AC）活性，可通过催化ATP生成cAMP，调控根系生长抑制和向地性反应（Qi et al., Nature, 2022），为生长素信号转导研究开辟了新的方向。这一前期研究首次报道TIR1/AFB的AC活性和对其转录调控功能的重要性。然而，TIR1/AFB的AC活性和E3泛素连接酶活性之间的关系并不清楚，AC活性的产物cAMP是否确实在生长素信号转导途径中发挥第二信使的作用仍有待证实。
研究突破
cAMP是生长素信号转导途径中的第二信使
近日，祁林林教授团队与Jiří Friml团队合作，再次在Nature上发表了题为TIR1-produced cAMP as a second messenger in transcriptional auxin signalling的研究论文，该研究结果修订了经典的生长素信号转导模型，表明Aux/IAA的降解不一定是介导下游转录调控的充分且必要条件，TIR1 AC活性及其产物cAMP在生长素信号转导中起到不可或缺的作用。该研究也首次用遗传学证据证实了cAMP是植物细胞的第二信使，解决了这一历史性争议。
文章上线截图
原文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-025-08669-w
该研究证明，生长素受体TIR1/AFB的AC活性缺失并不影响Aux/IAA蛋白降解，但会造成生长素诱导的转录调控受阻，说明Aux/IAA蛋白降解不足以充分介导生长素转录反应。进一步通过诱导表达人工构建的融合蛋白在Aux/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稳定存在的情况上，仍然能够激活ARF转录因子介导的转录编程，达到模拟生长素的生物学效应（见下图），说明在该实验体系下cAMP足以启动生长素转录反应。该研究不仅通过遗传学证据证实cAMP是植物第二信使这一具有历史性争议的观点，更修正了经典生长素信号转导途径的理论框架。值得注意的是，经典模型中"Aux/IAA降解是介导生长素转录应答的充分且必要条件"的核心论点，由此转变为需要被重新审视的科学问题，为后续研究开辟了新的理论探索方向。
cAMP是生长素信号转导途径中的第二信使
Jiří Friml为本文的通讯作者，ISTA的博士研究生陈辉煌、祁林林（现为深圳理工大学合成生物学院特任教授，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所客座研究员）、邹敏霞博士为本文的共同第一作者。感谢Mark Estelle 和 Stefan Kepinski对本文提出的建设性意见。该项目得到了欧盟ERC、奥地利科学基金（FWF）、中国国家自然科学基金面上项目、ISTA ICP和EMBO博士后奖学金的支持。
祁林林教授介绍
深圳理工大学合成生物学院特任教授 中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所客座研究员 国家级青年人才项目获得者
以第一或共同第一作者在Nature（2篇）、Plant Cell、New Phytologist、Plant Physiology等杂志发表论文10篇。课题组主要以拟南芥为模式研究第二信使cNMP在生长素和其它信号转导途径中的作用，并尝试将获得的理论知识应用于番茄、大豆等作物的遗传改良，目前实验室有研究助理教授/副教授、博士后、研究助理等岗位，欢迎联系：qilinlin@suat-sz.edu.cn
