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植物营养细胞生物学

来源：花匠小妙招时间：2024-11-09 12:47

营养元素的吸收、转换和代谢是所有生物生命活动的核心部分。作为光合自养生物，陆生植物可以通过绿色叶片的光合作用来固定碳元素，还可以利用地下根系的吸收和同化作用来获取氮元素。但目前对这些营养元素的感受和转导，以及营养元素之间互作调控植物生长发育的分子机制还知之甚少，这也是植物学的前沿热点和研究难点。

雷帕霉素靶蛋白（TOR）激酶是存在于真核生物体中的一种高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。TOR通过整合营养分子、能量水平和生长因子等上游信号来调节基因转录、蛋白质翻译、代谢和细胞自噬等多个生物学过程，在细胞增殖、生长和代谢过程中发挥核心调节作用,是近年全球关注的研究热点。TOR信号通路解析主要集中在哺乳动物和酿酒酵母中，2017年巴塞尔大学的Michael Hall教授因其在TOR领域的杰出贡献获得了被誉为“诺贝尔奖风向标”的拉斯克奖。而植物长久以来被认为对雷帕霉素不敏感，且tor缺失突变体导致早期胚胎致死，这些因素极大延缓和阻碍了植物TOR的功能研究。

针对这些研究难点，实验室前期工作从分子机理上阐释并推翻了“植物对雷帕霉素的不敏感性”的传统认知，并建立了一整套全新的植物TOR研究体系，包括植物TOR激酶活性检测方法、可诱导tor突变体遗传材料和TOR激酶化合物抑制剂系统。利用这套研究体系，发现了TOR激酶可以感受葡萄糖能量信号和多种植物激素交叉互作协同植物的生长和逆境胁迫应答（Nature, 2021; PNAS, 2020; PNAS, 2019; Molecular Cell, 2018; PNAS; 2017; Nature, 2013）;随后又揭示了陆生植物进化出了一套和动物不同的植物感受氮素营养并激活TOR激酶的分子通路 (Developmental Cell, 2021)。

实验室将围绕碳氮素营养的感受和高效吸收利用这个核心科学问题开展下一步研究工作，以碳氮-TOR信号通路的感受和传导为切入点，以TOR调控的碳氮吸收、同化和转运为重心，以植物地上叶片和地下根系作为一个研究整体，全面深入剖析植物多重营养信号转导的精准机制。