华人科学家Nature揭示重要信号网络

　　

生物通报道  来自哈佛大学医学院、中国科技大学的研究人员在新研究中证实，葡萄糖-TOR信号通过重编程与代谢、细胞周期等相关的基因的转录组，激活了植物的分生组织。相关论文发表在3月31日的《自然》（Nature）杂志上。

领导这一研究的是哈佛大学医学院的沈正韵（Jen Sheen）教授和熊艳（Yan Xiong，音译）博士。沈正韵专长“植物分子生物学”与“植物信号传导”等领域，现为哈佛大学医学院遗传学讲座教授，同时担任台湾中央研究院植物及微生物学研究所学术咨询委员。2008年其成为台湾中央研究院生命科学组院士。2009年获选为“美国科学促进学会”新任会士。

分生组织（meristem）是在植物体的一定部位，具有持续或周期性分裂能力的细胞群。分裂所产生的细胞排列紧密，无细胞间隙；细胞壁薄，细胞核大，一小部分仍保持高度分裂的能力，大部分则陆续长大并分化为具有一定形态特征和生理功能的细胞，构成植物体的其他各种组织，使器官得以生长或新生。

分生组织是产生和分化其他各种组织的基础，由于它的活动，使植物体不同于动物体和人体，可以终生增长。但目前科学家们对光合植物中，营养信号维持激活和维持分生组织中代谢和生长程序的分子机制仍不是很清楚。

TOR激酶是一个从酵母到植物和人类，进化上保守的重要调控因子，其负责整合营养和能量信号，促进细胞增殖和生长。近年来的研究证实，哺乳动物TOR激酶在细胞增殖、胰岛素信号、癌症启动与转移的翻译水平调控中发挥着重要作用。然而，对于光合植物中TOR激酶的功能和动态调控机制却仍然知之甚少。

为了解答这些问题，研究人员在拟南芥幼苗从异养向光合自氧转换的过渡检查点处，建立了一个简单敏感的植物系统。结合化学、遗传学、基因组学、生物计算机和细胞分析方法，对分生组织激活和植物生长过程中的TOR信号网络进行了详细研究。他们发现光合作用生成的葡萄糖，通过糖酵解和线粒体生物能传递，驱动TOR信号传导，快速控制了根分生组织代谢转录网络，活化了细胞周期，促进了根分生组织激活。

研究人员证实，葡萄糖-TOR信号影响了与主要代谢和次级代谢、细胞周期、转录、信号传导、运输和蛋白质折叠相关的重要基因组的转录重编程。系统、细胞及遗传分析结果揭示，E2Fa转录因子是TOR激酶磷酸化作用的一个底物，其非常规地激活了细胞周期中的S期基因，并且是根分生组织葡萄糖敏感性的决定子。

新研究揭示了一个从前未被发现的葡萄糖-TOR转录网络，阐明了这一网络在植物代谢、细胞周期中重要的调控作用。此外，还证实了E2Fa是TOR激酶的一个新型底物，打破了基于进化保守的CYC-CDK-RBR-E2F级联反应调控细胞周期的传统认知。这些研究发现揭示了植物生长分生组织营养调控中一个从前未知的环节。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Glucose–TOR signalling reprograms the transcriptome and activates meristems

Meristems encompass stem/progenitor cells that sustain postembryonic growth of all plant organs. How meristems are activated and sustained by nutrient signalling remains enigmatic in photosynthetic plants. Combining chemical manipulations and chemical genetics at the photoautotrophic transition checkpoint, we reveal that shoot photosynthesis-derived glucose drives target-of-rapamycin (TOR) signalling relays through glycolysis and mitochondrial bioenergetics to control root meristem activation, which is decoupled from direct glucose sensing, growth-hormone signalling and stem-cell maintenance……