中国农大郭岩/蒋才富团队应邀综述植物盐碱胁迫应答分子机制及耐盐碱作物分子设计育种的研究进展

2023年12月20日，Cell杂志在线发表了来自瓦赫宁根大学Dolf Weijers课题组题为“RAF-like protein kinases mediate a deeply conserved, rapid auxin response”的研究论文，该研究揭示绿色植物谱系中生长素的保守快速生理反应机制，并确定RAF样蛋白激酶是生长素触发的跨物种磷酸化的中心蛋白。值得注意的是，这是今年第2篇CNS关于生长素研究的文章，可见植物生长素的研究仍然处在植物研究最前沿。重大进展！连发Nature和Cell,  植物生长素在胞外的信号通路被全面解析；

正如我们所知，经典的细胞核生长素信号通路是细胞内的生长素结合TIR1/AFBs蛋白受体后促进泛素化调节共受体Aux/IAA转录调节因子的降解。而Aux/IAAs是生长素响应因子（ARF）转录活性的抑制因子，故Aux/IAA降解后会促进生长素响应基因的表达上升。此外，Aux/IAA基因同时又是ARF的靶向基因，故生长素对Aux/IAA在转录水平和蛋白稳定性有双重作用。总之，TIR1/AFB-Aux/IAA途径通过降解共受体后引发核级联反应调节基因转录起作用 (如下图)！然而，与陆地植物最接近的姐妹群体——链生藻类——不含有细胞核生长素信号通路，在某些情况下甚至缺乏其所有成分。因此，一个尚未回答的主要问题是，在缺乏已知生长素反应系统的情况下，藻类如何对生长素做出反应。

一直以来我们已经知道生长素的非常快速的细胞作用，其可能不涉及转录过程，因为对生长素的最快基因表达反应记录在5-10分钟内，但一些快速反应在基因表达和蛋白质合成所需的时间内。例如，质膜超极化、胞质 Ca 2+ -瞬变或原生质体膨胀等。生长素的另一个快速、不依赖 TIR1/AFB 的作用是调节 PIN 1的内吞转运。因此，目前已知的生长素反应系统可能代表“慢”分支，并且必须存在一个单独的、目前未知的系统来介导快速反应。

值得注意的是2022年9月7日，Nature杂志在线发表了来自奥地利科学技术学院(ISTA)Jiří Friml等人题为“ ABP1–TMK auxin perception for global phosphorylation and auxin canalization”的研究论文，该研究表明 ABP1 是基于 TMK1 的细胞表面信号传导的生长素受体，它介导全局磷酸化反应和生长素通道化，结束了近几十年来的争论，是该领域重大进展！【Nature重磅】沉冤昭雪！研究证实ABP1蛋白是植物生长素受体，结束50年来的争论！此外,2023年11月17日，福建农林大学徐通达团队和杨贞标团队在Cell期刊在线发表题为 “ABLs and TMKs are co-receptors for extracellular auxin” 的研究论文，报道了两个新的质外体定位的生长素结合蛋白， ABL1（ABP1-like protein 1）和ABL2，其与生长素结合蛋白ABP1具有相似结构，在细胞膜上形成ABP1/ABLs-TMK生长素共受体感受并传递胞外生长素信号，调控植物生长和发育的分子机制。超985/211， 福建农林大学再以第一单位发Cell文章，揭示植物生长素胞外新受体

该研究在拟南芥根中通过磷酸化蛋白质组学分析，发现用天然生长素IAA处理后1分钟内改变了700,10多种蛋白质的磷酸化状态，其中许多蛋白质在30秒内做出反应。这提供了一种可能性，即基于磷酸化的机制是生长素快速反应的基础。而这种磷酸化反应需要前文介绍的AUX结合蛋白1（ABP1）和跨膜激酶1（TMK1）蛋白。之后通过比较磷酸化蛋白质组、时间序列的激酶底物推断和基序分析，确定了 B4 RAF 样激酶 （RAF） 家族作为磷酸化反应中关键成分的强候选者。之后通过拟南芥和Marchantia直系同源蛋白中的突变体，该研究确定RAF激酶是生长素触发的磷酸化和发育以及生理反应的核心。并且研究发现这些突变体中细胞核生长素信号通路不受影响，说明两条生长素通路都是分开的。

总之，该研究展示了在5种陆地植物和藻类物种上发现了对生长素的保守快速生理反应，并确定RAF样蛋白激酶是生长素触发的跨物种磷酸化的中心介质。遗传分析将这种激酶与生长素触发的蛋白质磷酸化和快速细胞反应联系起来，从而确定了绿色植物谱系中生长素快速反应的古老机制。

论文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01275-8#%20

转自：“iPlants”微信公众号

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