植物褪黑素合成、信号及功能研究进展

　　

褪黑素（Melatonin）的研究始于1915年，McCord和Allen在哺乳动物松果体中发现了一种能使蝌蚪皮肤褪色的物质。1958年，Lerner等人确定该物质为N-乙酰基-5-甲氧基色胺。在脊椎动物中，松果体分泌的褪黑素主要调节昼夜节律，通常在夜间达到最高浓度，被称为“黑暗激素”。1995年，多个研究团队在不同植物中鉴定出了褪黑素。2018年，陈奇研究员团队发现了植物首个褪黑素受体PMTR1，为深入研究其信号和功能奠定基础。

近年来，植物褪黑素因在调节生长发育和增强胁迫抗性中的双重功能而备受关注。值此植物褪黑素发现30周年之际，中国科学院西双版纳热带植物园（以下简称“版纳植物园”）陈奇研究员团队在植物学权威期刊Annual Review of Plant Biology上发表了题为Phytomelatonin: Biosynthesis, Signaling, and Functions的特邀综述，系统阐述了植物褪黑素的合成、信号和功能。与动物褪黑素相比，植物褪黑素的合成途径更为复杂，发生在内质网、叶绿体、线粒体和细胞质中。通过合成基因表达调节和细胞区室化作用，植物能够在不同生长条件下精细调控内源褪黑素水平。植物褪黑素受体PMTR1通过G蛋白调控ROS-Ca2+信号中枢，并激活MAPK级联反应。植物褪黑素通过其灵活的合成途径和信号通路，精准调控生长发育与胁迫抗性之间的平衡，为作物高产稳产提供了新思路。

版纳植物园陈奇研究员为该论文第一和通讯作者，张利平博士、昆明理工大学陈艳丽博士、联培博士生李雪以及西澳大学Zed Rengel教授为共同作者。该研究得到了国家自然科学基金和云南省A类青年项目等的支持。

图1 动物(a)和植物(b)褪黑素合成途径

图2 a. AtPMTR1与植物褪黑素结合的分子对接；b. PMTR1受体序列比对；c. AtPMTR1与GPA1的相互作用

图3 植物褪黑素在平衡植物生长发育和胁迫抗性中的功能