近日，中國科學(xué)院南京土壤研究所狄東偉副研究員與甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)羅攀副教授等合作在國際學(xué)術(shù)期刊Journal of Experimental Botany上發(fā)表了題為3',5'-Cyclic AMP in Plants: An Integrated View of Homeostasis, Effectors, and Physiological Functions的綜述論文。該論文系統(tǒng)整合了植物cAMP信號網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展，首次描繪了從穩(wěn)態(tài)酶到下游效應(yīng)物，再到整合環(huán)境響應(yīng)與發(fā)育的完整信號通路全景圖，并提出了未來研究的六大核心方向，為理解這一“明星信號分子”在植物生命活動中的核心作用提供了全新框架。

環(huán)磷酸腺苷（cAMP）作為生物界普遍存在的第二信使，在動物中的功能已被廣泛認(rèn)知，但在植物中由于其含量極低且檢測技術(shù)受限，其重要性長期被低估。近年來，研究領(lǐng)域取得了顛覆性發(fā)現(xiàn)：植物生長素受體TIR1/AFB家族蛋白自身具有腺苷酸環(huán)化酶（AC）活性。至關(guān)重要的是，由此產(chǎn)生的cAMP能夠以半獨立于經(jīng)典受體功能的方式參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控，徹底轉(zhuǎn)變了人們對cAMP在植物中調(diào)控角色的認(rèn)知。

本綜述首次系統(tǒng)性地闡述了植物cAMP研究的三大核心支柱：

1. cAMP穩(wěn)態(tài)的分子基礎(chǔ)：論文詳細(xì)梳理了負(fù)責(zé)cAMP合成與降解的酶類，特別是多種具有“兼職功能”的ACs。它們不僅是cAMP的“生產(chǎn)者”，本身還兼具鉀離子轉(zhuǎn)運、病原識別、甚至激素合成等其它關(guān)鍵生理功能，構(gòu)成了植物特有的、復(fù)雜而精細(xì)的信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

2. 下游效應(yīng)物的識別與功能：盡管植物中缺乏動物中經(jīng)典的PKA等效應(yīng)物，但研究揭示了環(huán)核苷酸門控通道（CNGCs）等是關(guān)鍵cAMP結(jié)合蛋白，介導(dǎo)鈣離子內(nèi)流，從而調(diào)控包括生物/非生物脅迫響應(yīng)及發(fā)育在內(nèi)的多種生理過程。

3. cAMP在發(fā)育、脅迫及激素互作中的核心角色：綜述指出，cAMP幾乎參與了植物從種子萌發(fā)到衰老的整個生命周期，是調(diào)控生長發(fā)育的“多面手”。同時，它也是植物應(yīng)對病原侵染、高溫、干旱、鹽堿等多種環(huán)境脅迫的核心信號分子，并與生長素（IAA）、脫落酸（ABA）、水楊酸（SA）等多種激素信號通路存在廣泛而深刻的交叉對話。

該綜述進(jìn)一步前瞻性地指出了未來研究的六大關(guān)鍵方向與挑戰(zhàn)：i) AC酶的“兼職”多功能性為植物帶來了何種進(jìn)化優(yōu)勢？ii) 在缺乏經(jīng)典PKA的情況下，植物如何實現(xiàn)cAMP信號的特異性傳導(dǎo)？iii) 究竟是哪些上游受體啟動了膜定位的cAMP信號？iv) cAMP是否是植物中真正的第二信使？其信號在時空上的精確性是如何實現(xiàn)的？v) 除經(jīng)典cAMP外，其異構(gòu)體及其他非經(jīng)典環(huán)核苷酸是否具有特定的信號功能？vi) 如何突破當(dāng)前植物cAMP研究中的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸？這些發(fā)現(xiàn)不僅深化了對植物基本生命過程的理解，更為未來通過調(diào)控cAMP信號網(wǎng)絡(luò)來定向改良作物抗逆性、養(yǎng)分利用效率及生長發(fā)育提供了重要的理論依據(jù)與潛在靶點。

中國科學(xué)院南京土壤研究所狄東偉副研究員和甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)羅攀副教授為本文共同通訊作者。中國科學(xué)院南京土壤研究所/中國科學(xué)院大學(xué)碩士生欒持熵和李婷婷為共同第一作者，牛津布魯克斯大學(xué)Verena Kriechbaumer教授為共同作者。研究得到了國家自然科學(xué)基金、江蘇省優(yōu)秀青年基金及中國科學(xué)院前沿重點部署項目等的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1093/jxb/eraf517