摘要：随着全球气候变化加剧，高温已成为影响植物生长发育和作物生产的关键环境因子。植物能够感知环境温度变化，并通过调整自身生长发育状态以适应外界条件。极端高温对植物产生热胁迫，而在温和高温条件下，许多植物会出现下胚轴和叶柄伸长等一系列形态变化，被称为植物的热形态建成(

随着全球气候变化加剧，高温已成为影响植物生长发育和作物生产的关键环境因子。植物能够感知环境温度变化，并通过调整自身生长发育状态以适应外界条件。极端高温对植物产生热胁迫，而在温和高温条件下，许多植物会出现下胚轴和叶柄伸长等一系列形态变化，被称为植物的热形态建成(Thermomorphogenesis) 。 PIF4 作为植物热形态建成中的核心转录因子，整合光信号、生物钟以及激素等多种信号通路，调控下游靶基因的表达，参与高温诱导的下胚轴伸长等响应。 但是，植物热形态建成的细胞学调控机制仍有待深入研究。

近日，中国农业大学生物学 院植物抗逆高效全国重点实验室 毛同林 / 王向锋 团队在 The Plant Cell 杂志上在线发表题为 “ Warm temperature-induced autophagy mediates selective degradation of TIMING OF CAB EXPRESSION 1 thus promoting plant thermomorphogenesis ” 的研究论文，揭示了细胞自噬通过调控 TOC1 蛋白降解参与植物热形态建成的作用机制。

研究表明，在拟南芥中，温和高温（28℃）处理可显著激活细胞自噬，自噬体数目增加，大量自噬相关基因的表达水平上调，且这一过程依赖于转录因子PIF4。在自噬缺陷突变体中, 高温诱导的下胚轴和叶柄伸长受到显著抑制，表明自噬正调控植物热形态建成。此前的研究表明，热形态建成的负调控因子TOC1与PIF4相互作用，抑制PIF4的功能。本研究发现，TOC1可以通过经典的AIM基序与自噬核心蛋白ATG8直接相互作用，是一个潜在的选择性自噬降解靶标。在温和高温条件下，TOC1通过自噬途径被转运至液泡中降解；而在自噬缺陷突变体中, TOC1蛋白积累增多，进而抑制PIF4的功能，最终导致下胚轴伸长受阻。这些结果表明，细胞自噬通过调控TOC1蛋白降解促进高温诱导的下胚轴伸长。

综上，该研究阐明了细胞自噬与热形态建成信号通路的调控关系：高温信号通过核心转录因子PIF4激活细胞自噬；而自噬通过降解TOC1蛋白，解除TOC1对PIF4的抑制，促进植物热形态建成。该研究揭示了细胞自噬响应高温信号调控植物热形态建成的新机制，为深入解析植物环境适应性的分子网络提供了重要理论依据。

图1. 细胞自噬参与调控植物热形态建成的分子模型

中国农业大学生物学院植物抗逆高效全国重点实验室已毕业博士生李保磊为该论文的第一作者（现为山东大学博士后），博士研究生王盼盼和孙帆为共同第一作者，王向锋教授为通讯作者；秦静博士、赵晓菁博士、博士研究生于新月参与了该项研究工作。该研究得到了毛同林教授和苏震教授的大力支持和指导。中国农业大学宋文教授、李继刚教授、中国科学院植物研究所王雷研究员、香港中文大学姜里文教授以及华南农业大学李发强教授在研究过程中提供了宝贵的实验材料和重要的建议与帮助。该研究得到了国家自然科学基金和中国农业大学2115人才培育计划等项目的支持。

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来源：小方的科学世界