Cell惊人发现：不容忽视的激素

　　

生物通报道  天生最好的化学家并不是科学家们，而是植物。自从大约4.5亿年前开始居住在陆地上，植物一直不断地在进化出丰富的自然小化合物和受体。

现在，Salk研究所的科学家在8月11日的《细胞》（Cell）杂志上发布了一项新研究，揭示出了通常被忽视的小分子：红花菜豆酸 ( phaseic acid )一种意外的作用，红花菜豆酸在历史上一直被视作是植物中的一种无活性的副产物——是代谢的一个尽头。新研究发现表明，红花菜豆酸和它的受体有可能共同进化变得对抗旱性和其他生存性状至关重要，并有可能帮助开发出可耐受气候改变造成的自然灾害的，一些新的、更强壮的作物。

资深研究员、Salk研究所Jack H. Skirball化学生物学与蛋白质组学中心教授Joseph Noel说：“过去有一些迹象表明，红花菜豆酸并不仅仅是一个无活性的旁观者，而是一种发挥重要作用的植物激素。现在，利用一系列先进的生物学方法，我们更令人信服地证实了，红花菜豆酸有可能对生存极为重要。”

长期以来红花菜豆酸都生活在其前体——脱落酸（ABA）的阴影下，脱落酸是植物研究中的一个大问题。ABA是一种存在于所有陆地植物中的激素，对于响应环境压力和病原体，尤其是向植物发出干旱警报起关键作用。ABA还因与水果和蔬菜中的好东西：类胡萝卜素，如β-胡萝卜素及番茄红素之间的关系而为人们所知。

像所有的天然小分子一样，ABA是通过将一些复杂的代谢信号通路所产生，这些通路将简单的以碳为基础的构件转变成为了共同传送大量信息的结构复杂的天然化合物。一些植物具有大量的ABA受体，每种受体在植物中执行不同的功能。但矛盾地是作为一种主要调控因子，ABA似乎对所有受体都有着同等的偏好，这对于微调控制植物功能并不理想。

在新研究中，Noel研究小组采用了通常研究的一种植物拟南芥，获得了缺失红花菜豆酸加工酶，实际上累积了大量红花菜豆酸的变种。

让研究小组惊讶地是，植物显示种子萌芽时间发生了改变，它们在缺水的情况下生存了较长的时间。“这向我们表明了，或许我们不应该将红花菜豆酸看做一种无活性的降解产物，而实际上是像其他植物激素一样自身能够引起一些改变的分子，”Noel说。

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科学家们完成了一系列的研究，阐明了红花菜豆酸作为一种植物激素的作用，例如证实添加红花菜豆酸到正常幼苗中可触发许多特定基因，尤其是一些代谢酶的编码基因表达发生改变，它们与ABA激活的基因有重叠也有不同。

此外，采用高分辨率成像技术——X射线晶体学，研究小组证实红花菜豆酸结合了一些ABA受体，进一步证实了ABA受体不只可以感知ABA。

新研究更广泛地表明了，生物体在利用小化合物实现各种不同的反应方面可能有着更多隐藏的复杂性。Noel说，进化有可能改变了其他一些所谓代谢终产物的用途。

论文的第一作者、Noel实验室前博士后研究人员Jing-Ke Weng在麻省理工学院Whitehead生物医学研究所和生物学系建立了一个独立的研究小组，将继续探究从前未知作用的一些植物化合物。“我们希望发现和了解激素的复杂性、它们的代谢物及在各种植物中与受体的相互作用，”Weng说。

Noel将研究这些激素在植物根部的作用。有证据表明，在干旱、过冬时期及土壤病原体侵袭过程中，红花菜豆酸和ABA发挥作用将来自植物叶和茎的碳移动到了根部来保护它们。Noel说：“了解植物生物学的这一领域为我们思考有可能如何缓解气候改变提供了新途径。”

脱落酸是最重要的植物激素之一，它调控了植物的生长和发育，包括种子成熟、休眠和发芽，幼苗生长，叶片衰老，以及对各种环境应激，如干旱、盐度、低温和病原体感染的反应。

清华大学的研究人员证实，双功能转录因子AtYY1是拟南芥ABA反应网络一个新的负调控因子。这一研究发现发布在2016年5月的《Molecular Plant》杂志上（清华大学Cell子刊揭示植物信号新机制）。

来自中国农业大学的研究人员证实，PUB12/13 U-box E3连接酶降解了脱落酸（ABA）辅助受体ABI1，由此揭示出了PUB12 和PUB13调控ABI1水平的一个重要新机制。这一研究发现发布在2015年10月20日的Nature Communications杂志上（中国农大首席科学家Nature子刊揭示蛋白降解机制（中国农大首席科学家Nature子刊揭示蛋白降解机制 ）。

近年来的一些研究揭示出在ABA信号通路中，ABA结合它的受体PYL/PYR/RCARs，随后这一PYL/PYR/RCAR-ABA复合物与抑制SnRK2s的PP2C磷酸酶结合，释放激活的SnRK2s使得下游靶蛋白磷酸化，激活了ABA反应。来自中国农业科学院的研究人员发现，SnRK2-APC/CTE调控模块介导了赤霉素和脱落酸信号通路的对抗作用。这一重要的研究发现发布在2015年8月14日的Nature Communications杂志上（中国农业科学院著名水稻专家Nature子刊发表新成果 ）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Co-evolution of Hormone Metabolism and Signaling Networks Expands Plant Adaptive Plasticity

Classically, hormones elicit specific cellular responses by activating dedicated receptors. Nevertheless, the biosynthesis and turnover of many of these hormone molecules also produce chemically related metabolites. These molecules may also possess hormonal activities; therefore, one or more may contribute to the adaptive plasticity of signaling outcomes in host organisms. Here, we show that a catabolite of the plant hormone abscisic acid (ABA), namely phaseic acid (PA), likely emerged in seed plants as a signaling molecule that fine-tunes plant physiology, environmental adaptation, and development. This trait was facilitated by both the emergence-selection of a PA reductase that modulates PA concentrations and by the functional diversification of the ABA receptor family to perceive and respond to PA. Our results suggest that PA serves as a hormone in seed plants through activation of a subset of ABA receptors. This study demonstrates that the co-evolution of hormone metabolism and signaling networks can expand organismal resilience.