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2023-11-22

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2023年11月17日，福建农林大学未来技术学院海峡联合研究院徐通达团队与杨贞标团队合作在国际期刊《细胞》（Cell）杂志发表题为 “ABLs and TMKs are co-receptors for extracellular auxin” （“生长素结合蛋白ABLs和TMKs激酶形成共受体感受胞外生长素”）的研究论文，这是学校继徐通达团队2019年、杨贞标团队2021年分别在 Nature上解析生长素-TMK信号途径后的又一重大进展。

该研究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，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。

生长素是植物中最早发现也是最核心的激素，因其促进生长而得名。近百年的研究证实，生长素参与调控植物几乎所有的生长发育过程，如胚胎发育、组织分化、器官发生、向光性和向重力性生长等等。此外生长素也被广泛应用于农业生产中，不仅作为生长调节剂来提高园艺和农业上的产量，也作为除草剂来控制杂草。

生长素作为一种天然的小分子化合物，其复杂多样的生物学功能是如何实现的？半个多世纪以来，在植物细胞表面是否存在一类蛋白，可以直接识别结合生长素分子，从而启动生长素反应，一直是生长素研究领域关注和争论的焦点。

研究人员通过多种手段鉴定到了两个新的生长素结合蛋白，这两个蛋白定位在细胞膜和细胞壁的间隙中，当生长素出现的时候，可以诱导该生长素结合蛋白和细胞膜上的一个叫TMK的蛋白激酶形成蛋白复合体，然后这个共受体复合体可以激活一系列胞内相关蛋白，从而将胞外的生长素信号传递到细胞内部，最终调节植物细胞形态建成，如，下胚轴快速生长，叶片发育，根的向重力性和结实率等生长发育过程。

胞外的生长素快速诱导质外体定位的生长素结合蛋白ABP1/ABLs与类受体跨膜激酶TMKs胞外结构域形成生长素受体复合体，将胞外生长素信号传递到细胞内，激活后的TMKs通过磷酸化方式调控一系列下游底物活性，最终调控植物细胞形态建成，下胚轴快速伸长，叶片发育，根向重力性和育性等生长发育过程。

该研究揭开了植物细胞如何感受胞外生长素信号的神秘面纱，阐释了细胞膜共受体复合体传递生长素信号调控植物生长发育的分子机制，是植物激素信号转导领域的重要发现。

这一重大发现为合成生物学的应用提供了巨大的潜力。通过利用合成生物学的技术，我们可以对植物生长素调控网络进行工程化改造，通过调控细胞外受体的表达水平或结构，精确地调节植物对生长素的响应，实现更高的产量和更好的品质。如水稻在种植过程中常常因为天气等外部原因发生倒伏，严重影响产量、甚至可能造成绝收。通过减弱生长素的作用，可以在不影响结实率的情况下，提高水稻的抗倒伏能力。受益于这一研究成果，将有效地提高农作物的抗逆性和适应性，为农业生产提供可持续的解决方案，这将在全球范围内为解决粮食安全问题作出重要贡献。相信通过科学家们的不懈努力，我们将迎来一个农作物革命的新时代，为人类提供更丰富、更可持续的粮食资源。

福建农林大学未来技术学院海峡联合研究院合成生物学研究中心（合成中心）徐通达团队于永强博士和唐文鑫副教授、代谢组学研究中心（代谢中心）林文伟教授和周翔副教授、南京农业大学钟山青年研究员李围博士为论文共同第一作者。福建农林大学合成中心徐通达教授和代谢中心杨贞标教授为该论文的共同通讯作者。福建农林大学合成中心硕士生李颖、黄荣峰副教授、马军博士、林俊城副教授，中国科学院分子植物科学卓越创新中心陈蓉副研究员、博士生郑蕊，加州大学河滨分校Patricio Pérez-Henríquez博士，福建农林大学植物保护学院硕士生丘崎锜，代谢中心硕士生许紫薇、邹艾岺为参与作者。北京大学现代农业研究院秦国臣研究员，香港中文大学姜里文教授、曹文瀚博士为本研究做出了重要贡献。福建农林大学熊延教授、何水林教授和杨晟博士为本研究提供了重要帮助。该项研究得到了国家自然科学基金重点项目、福建农林大学和中国科学院分子植物科学卓越创新中心启动经费、中国科学院战略性先导科技专项和美国国立综合医学研究所经费等项目的联合资助。