中國科學院南京土壤研究所狄東偉與合作者發表植物信號傳導“明星分子”cAMP的綜述文章

近日，中國科學院南京土壤研究所狄東偉副研究員與甘肅農業大學羅攀副教授等合作在國際學術期刊Journal of Experimental Botany上發表了題為3',5'-Cyclic AMP in Plants: An Integrated View of Homeostasis, Effectors, and Physiological Functions的綜述論文。該論文系統整合了植物cAMP信號網絡的研究進展，首次描繪了從穩態酶到下游效應物，再到整合環境響應與發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知，但在植物中由于其含量極低且檢測技術受限，其重要性長期被低估。近年來，研究領域取得了顛覆性發現：植物生長素受體TIR1/AFB家族蛋白自身具有腺苷酸環化酶（AC）活性。至關重要的是，由此產生的cAMP能夠以半獨立于經典受體功能的方式參與轉錄調控，徹底轉變了人們對cAMP在植物中調控角色的認知。

本綜述首次系統性地闡述了植物cAMP研究的三大核心支柱：

1. cAMP穩態的分子基礎：論文詳細梳理了負責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“生產者”，本身還兼具鉀離子轉運、病原識別、甚至激素合成等其它關鍵生理功能，構成了植物特有的、復雜而精細的信號調控網絡。

2. 下游效應物的識別與功能：盡管植物中缺乏動物中經典的PKA等效應物，但研究揭示了環核苷酸門控通道（CNGCs）等是關鍵cAMP結合蛋白，介導鈣離子內流，從而調控包括生物/非生物脅迫響應及發育在內的多種生理過程。

3. cAMP在發育、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到衰老的整個生命周期，是調控生長發育的“多面手”。同時，它也是植物應對病原侵染、高溫、干旱、鹽堿等多種環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。

該綜述進一步前瞻性地指出了未來研究的六大關鍵方向與挑戰：i) AC酶的“兼職”多功能性為植物帶來了何種進化優勢？ii) 在缺乏經典PKA的情況下，植物如何實現cAMP信號的特異性傳導？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的？v) 除經典cAMP外，其異構體及其他非經典環核苷酸是否具有特定的信號功能？vi) 如何突破當前植物cAMP研究中的關鍵技術瓶頸？這些發現不僅深化了對植物基本生命過程的理解，更為未來通過調控cAMP信號網絡來定向改良作物抗逆性、養分利用效率及生長發育提供了重要的理論依據與潛在靶點。

中國科學院南京土壤研究所狄東偉副研究員和甘肅農業大學羅攀副教授為本文共同通訊作者。中國科學院南京土壤研究所/中國科學院大學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Verena Kriechbaumer教授為共同作者。研究得到了國家自然科學基金、江蘇省優秀青年基金及中國科學院前沿重點部署項目等的資助。

論文鏈接：

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