馬軍 徐通達(dá)

（福建農(nóng)林大學(xué)海峽聯(lián)合研究院 園藝植物生物學(xué)與代謝組學(xué)研究中心，福州 350007）

生長(zhǎng)素英文名為“auxin”，取自希臘語(yǔ)“auxein”，意思是“生長(zhǎng)”。生長(zhǎng)素是最早被人們發(fā)現(xiàn)的一類植物激素，早在1880年，達(dá)爾文（Darwin）就發(fā)現(xiàn)植物的向光性生長(zhǎng)依賴于其頂端產(chǎn)生的某種化學(xué)物質(zhì)，該物質(zhì)移動(dòng)到下部組織并促使植物向光彎曲生長(zhǎng)［1］。1926年，Went等［2］通過(guò)瓊脂塊擴(kuò)散的方式從植物組織中分離到具有促進(jìn)生長(zhǎng)特性的化學(xué)物質(zhì)。直到1946年，Haagen-Smit等［3］分離純化并解析其化學(xué)結(jié)構(gòu)為吲哚乙酸，是植物中生長(zhǎng)素存在的主要形式。隨后的大量研究發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素在植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)過(guò)程起著至關(guān)重要的調(diào)控作用［4-5］。植物主要通過(guò)協(xié)調(diào)生長(zhǎng)素的合成代謝［6-7］、極性運(yùn)輸［8］以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)［9］來(lái)實(shí)現(xiàn)其復(fù)雜多樣的功能。

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是將上游信號(hào)轉(zhuǎn)換為下游復(fù)雜反應(yīng)的重要過(guò)程。在細(xì)胞核內(nèi)，泛素酶復(fù)合體關(guān)鍵蛋白TIR1/AFB蛋白被證明是生長(zhǎng)素受體。生長(zhǎng)素特異性地促進(jìn)SCFTIR1/AFB-Aux/IAA蛋白復(fù)合體的形成從而導(dǎo)致Aux/IAA轉(zhuǎn)錄抑制因子的泛素化降解［10-13］；經(jīng)典Aux/IAA蛋白直接通過(guò)蛋白結(jié)合來(lái)抑制生長(zhǎng)素響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子ARF（Auxin response factor）最終調(diào)控下游基因轉(zhuǎn)錄［5，12］。在不同發(fā)育過(guò)程中，該信號(hào)通路通過(guò)不同組合的Aux/IAA-ARF轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件，實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)素調(diào)控的差異性和復(fù)雜性［5，14-16］。TIR1/AFB介導(dǎo)的生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制被稱為經(jīng)典生長(zhǎng)素信號(hào)通路［14，17］。然而，植物生長(zhǎng)素的復(fù)雜功能不能完全通過(guò)TIR1/AFB介導(dǎo)的經(jīng)典信號(hào)通路來(lái)解釋，例如生長(zhǎng)素的快速反應(yīng)、細(xì)胞間的生長(zhǎng)素響應(yīng)以及亞細(xì)胞水平上的調(diào)控等［14，17-19］。近期研究逐步闡明生長(zhǎng)素在不同調(diào)控水平上存在非經(jīng)典信號(hào)傳遞機(jī)制，通過(guò)與經(jīng)典信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的相互配合，協(xié)同控制植物復(fù)雜的發(fā)育過(guò)程［14，17-19］。

1 TIR1/AFB介導(dǎo)的非經(jīng)典生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

1.1 生長(zhǎng)素調(diào)控細(xì)胞伸展的分子機(jī)制

生長(zhǎng)素促進(jìn)下胚軸細(xì)胞的細(xì)胞伸展（Cell expansion）是典型的生長(zhǎng)素功能之一。前期研究發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素主要通過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜質(zhì)子泵ATP酶（PM H+-ATPase）的激活和質(zhì)外體（Apoplast）的酸化來(lái)促進(jìn)植物細(xì)胞生長(zhǎng)，也就是 “酸性生長(zhǎng)假說(shuō)”［20］。細(xì)胞生長(zhǎng)的動(dòng)力來(lái)自于細(xì)胞內(nèi)液泡的膨壓，同時(shí)需要細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)軟化來(lái)為細(xì)胞生長(zhǎng)提供空間。酸性生長(zhǎng)調(diào)控機(jī)制的核心元件是定位在細(xì)胞膜上的質(zhì)子泵蛋白H+-ATPase。生長(zhǎng)素通過(guò)激活H+-ATPase降低細(xì)胞壁的PH值，通過(guò)調(diào)控細(xì)胞壁相關(guān)蛋白包括Expansin蛋白、XTH（Xyloglucan endotransglycosylase）蛋白以及PME（Pectin methylesterases）蛋白，增加細(xì)胞壁的擴(kuò)展性能，從而促進(jìn)細(xì)胞擴(kuò)展［20］。生長(zhǎng)素酸性生長(zhǎng)假說(shuō)的核心問(wèn)題是生長(zhǎng)素如何激活質(zhì)膜定位蛋白H+-ATPase。研究發(fā)現(xiàn)擬南芥下胚軸細(xì)胞的酸性生長(zhǎng)依賴于TIR1/AFB-Aux/IAA-ARF信號(hào)通路［21］。生長(zhǎng)素通過(guò)TIR1/AFB信號(hào)通路局部激活H+-ATPase從而介導(dǎo)細(xì)胞壁的快速酸化和下胚軸的伸長(zhǎng)，該結(jié)果為生長(zhǎng)素酸性生長(zhǎng)假說(shuō)提供了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)［21］。除此之外，研究發(fā)現(xiàn)在擬南芥中，AHA2（Autoinhibited H+ATPase2）蛋白的碳末端存在關(guān)鍵的調(diào)控位點(diǎn)，其Thr947位點(diǎn)的磷酸化決定了其質(zhì)子泵的活性［22］。生長(zhǎng)素能在10 min內(nèi)快速磷酸化AHA2蛋白的Thr947位點(diǎn)從而激活該蛋白，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞壁的酸堿性從而調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)［22］。為了研究生長(zhǎng)素快速磷酸化激活A(yù)HA2蛋白是否通過(guò)核內(nèi)受體TIR1/AFB蛋白，研究人員根據(jù)TIR1受體的蛋白結(jié)構(gòu)，通過(guò)工程學(xué)方法將TIR1蛋白改造為ccvTIR1（concave TIR1）蛋白，改造后的ccvTIR1只能特異性識(shí)別改造后的生長(zhǎng)素cvxIAA（convex IAA）而不能識(shí)別未改造的IAA，從而規(guī)避生長(zhǎng)素的其他復(fù)雜響應(yīng)來(lái)特異性研究TIR1受體介導(dǎo)的信號(hào)通路［23］。有意思的是，改造后的生長(zhǎng)素cvxIAA在ccvTIR1轉(zhuǎn)基因植物中依然能夠快速促進(jìn)AHA2蛋白的磷酸化，這說(shuō)明該細(xì)胞膜上的生長(zhǎng)素快速反應(yīng)依然部分依賴于細(xì)胞核TIR1/AFB受體［23］。然而到目前為止，TIR1/AFB受體直接參與該快速反應(yīng)的分子機(jī)制仍不清楚。

生長(zhǎng)素通過(guò)磷酸化修飾調(diào)控AHA的蛋白活性，意味著一定有激酶和磷酸酶參與到該調(diào)控過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，磷酸酶家族蛋白D分支的PP2C.D蛋白能夠直接和AHA2蛋白互作并調(diào)控其Thr947位點(diǎn)的去磷酸化，從而影響植物細(xì)胞生長(zhǎng)。生長(zhǎng)素通過(guò)經(jīng)典TIR1/AFB信號(hào)通路誘導(dǎo)SAUR（Small Auxin Up RNA）基因表達(dá)，SAUR蛋白的積累能夠競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合PP2C.D磷酸酶蛋白來(lái)抑制該磷酸酶對(duì)AHA2的去磷酸化從而激活A(yù)HA2［24］。該機(jī)制部分揭示了生長(zhǎng)素如何調(diào)控H+-ATPase的活性，然而到目前為止直接參與AHA2磷酸化修飾的蛋白激酶仍有待于進(jìn)一步的尋找和探索（圖1）。

1.2 生長(zhǎng)素快速抑制根生長(zhǎng)的信號(hào)通路

圖1 擬南芥經(jīng)典和非經(jīng)典生長(zhǎng)素信號(hào)通路示意圖

生長(zhǎng)素對(duì)植物根器官生長(zhǎng)的快速抑制是另一個(gè)典型的生長(zhǎng)素響應(yīng)過(guò)程，其分子機(jī)制仍不清楚。最近的研究利用微流控技術(shù)、垂直活體顯微成像技術(shù)和數(shù)學(xué)模擬等方法［25-27］，探索了生長(zhǎng)素快速抑制植物根系伸長(zhǎng)的分子機(jī)制［28］。當(dāng)利用微流控技術(shù)對(duì)擬南芥根系施加生長(zhǎng)素時(shí)，生長(zhǎng)素對(duì)根的抑制反應(yīng)非常迅速，發(fā)生在30 s以內(nèi)；當(dāng)去除生長(zhǎng)素時(shí)，根系生長(zhǎng)快速恢復(fù)，發(fā)生在2 min以內(nèi)，幾乎沒(méi)有滯后期。如此快速的生長(zhǎng)素反應(yīng)似乎無(wú)法通過(guò)細(xì)胞核內(nèi)生長(zhǎng)素TIR1受體介導(dǎo)的經(jīng)典轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制來(lái)解釋，然而通過(guò)對(duì)tir/afb突變體進(jìn)行分析以及對(duì)cvxIAA-ccvTIR1配對(duì)的生理效果進(jìn)行檢測(cè)［23］發(fā)現(xiàn)TIR1/AFB受體對(duì)于生長(zhǎng)素快速調(diào)控根系生長(zhǎng)是必需的，證明生長(zhǎng)素TIR1/AFB受體可能存在非轉(zhuǎn)錄調(diào)控的分子機(jī)制，這還有待于進(jìn)一步發(fā)掘。

生長(zhǎng)素快速抑制植物根系生長(zhǎng)的另一個(gè)機(jī)制是通過(guò)細(xì)胞膜上鈣離子的瞬間跨膜流動(dòng)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外的鈣離子濃度和PH的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的［29］。研究發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素處理和重力刺激通過(guò)環(huán)核苷酸門控通道蛋白 CNGC14（Cyclic Nucleotide-gated Channel） 引 起鈣離子的快速流入和膜外堿化，細(xì)胞壁堿化導(dǎo)致細(xì)胞伸長(zhǎng)被抑制，因此在cngc14突變體中生長(zhǎng)素引起的生長(zhǎng)抑制和向地性彎曲生長(zhǎng)都顯著延遲［30］。生長(zhǎng)素10 s內(nèi)引起的鈣離子流動(dòng)顯然也難以用生長(zhǎng)素經(jīng)典轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制來(lái)解釋。最近，Dindas等［31］發(fā)現(xiàn)根毛中生長(zhǎng)素內(nèi)運(yùn)蛋白AUX1（Auxin resistant 1）對(duì)于根毛生長(zhǎng)素?cái)z取和膜去極性化是必須的；AUX1介導(dǎo)的生長(zhǎng)素運(yùn)輸以及生長(zhǎng)素觸發(fā)的鈣信號(hào)能夠被TIR1/AFB抑制劑auxinole阻斷；此外，在tir1afb2afb3和cngc14突變體中，AUX1介導(dǎo)的生長(zhǎng)素運(yùn)輸以及生長(zhǎng)素觸發(fā)的鈣信號(hào)變化也顯著降低。這說(shuō)明AUX1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、TIR1/AFB受體與CNGC14鈣離子通道都參與調(diào)控根部生長(zhǎng)素的快速響應(yīng)過(guò)程。生長(zhǎng)素能夠在數(shù)秒內(nèi)誘導(dǎo)根毛質(zhì)膜的鈣離子內(nèi)流［31］，而且這種效應(yīng)依賴于生長(zhǎng)素內(nèi)運(yùn)蛋白AUX1以及TIR1/AFB受體，再一次證明TIR1/AFB受體可能存在轉(zhuǎn)錄調(diào)控之外的分子機(jī)制［32］（圖1）。

2 不依賴于TIR1/AFB的非經(jīng)典生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

2.1 非經(jīng)典ARF介導(dǎo)的生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

經(jīng)典的生長(zhǎng)素響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子ARF家族蛋白通過(guò)其PB1結(jié)構(gòu)域與Aux/IAA蛋白結(jié)合，從而被TIR1/AFB受體調(diào)控。然而ARF家族蛋白中存在非經(jīng)典ARF（圖2-A），如擬南芥ARF3蛋白（又被稱為ETTIN蛋白），因缺失PB1結(jié)構(gòu)域而不能與經(jīng)典TIR1/AFB信號(hào)通路的元件相互作用，因此ETTIN的功能并不依賴于TIR1/AFB受體［17］。研究發(fā)現(xiàn)ETTIN蛋白的C末端是其功能調(diào)控的關(guān)鍵區(qū)域，具有絲氨酸富集的特點(diǎn)，因此可能被上游激酶調(diào)控［33］。同時(shí)ETTIN蛋白能和其他的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子包括 INDEHISCENT（IND）、REPLUMLESS（RPL）、BREVIPEDICELLUS（BP）蛋白互作，而生長(zhǎng)素能夠抑制這些蛋白復(fù)合體的形成，從而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄［34-36］。有意思的是，最新的研究發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素能夠直接與ETTIN蛋白特異性結(jié)合，抑制ETTIN蛋白和TOPLESS蛋白與HDA9組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶的互作，促進(jìn)組蛋白乙?；?，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的重編程，從而參與植物關(guān)鍵發(fā)育過(guò)程［37-38］。這也意味著生長(zhǎng)素能夠直接通過(guò)非經(jīng)典ARF調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。這其中還有許多疑問(wèn)有待進(jìn)一步解析，例如ETTIN蛋白是否是新的生長(zhǎng)素受體；ETTIN蛋白介導(dǎo)的生長(zhǎng)素非經(jīng)典信號(hào)通路如何與經(jīng)典的TIR1/AFB-AUX/IAA-ARF信號(hào)通路相互協(xié)調(diào)控制基因轉(zhuǎn)錄等（圖1）。

圖2 擬南芥ARF蛋白和IAA蛋白的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)分析

2.2 非經(jīng)典Aux/IAA介導(dǎo)的生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

經(jīng)典的轉(zhuǎn)錄抑制因子Aux/IAA蛋白存在4個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)域，其中蛋白結(jié)構(gòu)域II（DII）是Aux/IAA與TIR1/AFB 受體結(jié)合的關(guān)鍵區(qū)域［15，39］。生長(zhǎng)素通過(guò)促進(jìn)TIR1/AFB和Aux/IAA的蛋白互作，將經(jīng)典Aux/IAA蛋白多聚泛素化，從而通過(guò)蛋白酶降解。除此之外，經(jīng)典IAA也存在別的調(diào)控模式，其中包括光受體PhyB/CRY1通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性抑制TIR1/AFB受體與Aux/IAA的互作來(lái)調(diào)控生長(zhǎng)素響應(yīng)；LRT2（Lateral rootless 2）通過(guò)調(diào)控Aux/IAA蛋白的順?lè)串悩?gòu)來(lái)決定其與TIR1/AFB受體的互作；PTRE1（Proteasome Regulator 1）通過(guò)抑制蛋白酶體的活性來(lái)調(diào)控Aux/IAA的降解［40-42］，這些重要發(fā)現(xiàn)都充分證明了Aux/IAA蛋白調(diào)控的復(fù)雜性。Aux/IAA蛋白家族中也存在一類非經(jīng)典Aux/IAA蛋白，因其蛋白缺失結(jié)構(gòu)域II而可能不被TIR1/AFB受體識(shí)別，這其中包括擬南芥 IAA20、IAA30、IAA31、IAA32、IAA33 和 IAA34 蛋白［15，39］（圖 2-B）。由于非經(jīng)典IAA蛋白無(wú)法被TIR1/AFB調(diào)控，因此其調(diào)控和作用機(jī)制有別于經(jīng)典IAA蛋白。最近一系列研究發(fā)現(xiàn)非經(jīng)典IAA蛋白的作用機(jī)制與經(jīng)典IAA蛋白完全不同，生長(zhǎng)素非但沒(méi)有通過(guò)TIR1/AFB降解非經(jīng)典IAA蛋白，反而通過(guò)上游蛋白激酶磷酸化修飾穩(wěn)定非經(jīng)典IAA蛋白［43-44］。在子葉頂端彎鉤發(fā)育過(guò)程中，彎鉤內(nèi)側(cè)生長(zhǎng)素通過(guò)TMK激酶調(diào)控非經(jīng)典IAA32和IAA34蛋白的穩(wěn)定性，然后通過(guò)ARF轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控基因表達(dá)來(lái)維持子葉彎鉤內(nèi)外側(cè)的差異性生長(zhǎng)［43］。在根尖分生組織，生長(zhǎng)素通過(guò)MPK14調(diào)控非經(jīng)典IAA33蛋白的穩(wěn)定性，從而和經(jīng)典IAA5蛋白競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合下游ARF10和ARF16，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄來(lái)維持根尖分生組織的穩(wěn)態(tài)［44］。上述研究闡明了非經(jīng)典IAA蛋白不再被TIR1/AFB介導(dǎo)的泛素化蛋白降解途徑調(diào)控而是被上游相關(guān)激酶途徑調(diào)控；與此同時(shí)生長(zhǎng)素不再降解非經(jīng)典IAA蛋白反而促進(jìn)其蛋白的穩(wěn)定性；非經(jīng)典IAA蛋白仍然通過(guò)ARF轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。對(duì)IAA蛋白的進(jìn)化樹(shù)研究發(fā)現(xiàn)，非經(jīng)典IAA在進(jìn)化上也很保守，這意味著在植物自然選擇和進(jìn)化過(guò)程中，非經(jīng)典IAA的功能也是必須的。非經(jīng)典IAA蛋白介導(dǎo)的生長(zhǎng)素信號(hào)通路仍有許多未知的問(wèn)題有待于解決，如非經(jīng)典IAA蛋白既然不通過(guò)TIR1/AFB泛素化途徑降解，那其降解機(jī)制是什么；其他非經(jīng)典IAA蛋白的功能和調(diào)控機(jī)制也有待于進(jìn)一步解析（圖1）。

2.3 小G蛋白R(shí)OP GTPase介導(dǎo)的非經(jīng)典生長(zhǎng)素信號(hào)通路

植物ROP（Rho-related GTPase of Plant）蛋白信號(hào)途徑是生長(zhǎng)素非經(jīng)典信號(hào)通路的另外一個(gè)重要分支。ROP蛋白被認(rèn)為植物信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子開(kāi)關(guān)之一，存在GTP結(jié)合的活性形式和GDP結(jié)合的非活性形式。當(dāng)ROP蛋白被激活之后，可以開(kāi)啟下游復(fù)雜的信號(hào)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，調(diào)控包括細(xì)胞骨架、極性運(yùn)輸、基因轉(zhuǎn)錄等過(guò)程［45］。研究發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)素能夠快速激活ROP蛋白。在葉表皮細(xì)胞中，生長(zhǎng)素激活ROP2蛋白調(diào)控微絲蛋白動(dòng)態(tài)，激活ROP6調(diào)控微管蛋白動(dòng)態(tài)，從而調(diào)控葉表皮細(xì)胞的極性建成和形態(tài)發(fā)生。在根毛發(fā)育過(guò)程中，生長(zhǎng)素通過(guò)小G蛋白在生毛細(xì)胞中的極性定位決定了根毛產(chǎn)生的位置［46-47］。同時(shí)，對(duì)ROP活性的調(diào)控也影響根毛產(chǎn)生的位置和生長(zhǎng)，如過(guò)表達(dá)ROP2會(huì)產(chǎn)生更多且更長(zhǎng)的根毛［47］。最新研究發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)素能夠通過(guò)小G蛋白R(shí)OP2激活TOR（Target of Rapamycin）激酶，然后通過(guò)E2F轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控植物分生組織的細(xì)胞分裂活性［48］。然而，生長(zhǎng)素激活小G蛋白非常迅速，在30 s就能激活小G蛋白R(shí)OP2和ROP6［49-51］，這種快速激活意味著生長(zhǎng)素激活小G蛋白的機(jī)制不可能依賴于TIR1/AFB介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，而存在新的調(diào)控機(jī)制。

研究發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素結(jié)合蛋白ABP1（Auxin binding protein 1）以及類受體激酶家族蛋白TMK（Transmembrane Kinases）介導(dǎo)生長(zhǎng)素對(duì)小G蛋白的快速激活［49-50］。ABP1蛋白因早期T-DNA突變體遺傳材料的問(wèn)題，其功能有待于進(jìn)一步解析［52-54］。近期研究發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)素能夠促進(jìn)小G蛋白R(shí)OP6在細(xì)胞膜上與膜磷脂結(jié)合形成微聚體來(lái)激活ROP6信號(hào)通路［55］，而這個(gè)過(guò)程也依賴于 TMK1 和 TMK4［56］。這些研究說(shuō)明，生長(zhǎng)素調(diào)控小G蛋白是發(fā)生在細(xì)胞膜上的分子水平反應(yīng)，其原理的進(jìn)一步解析有助于理解生長(zhǎng)素快速反應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制（圖1）。

2.4 TMK家族蛋白介導(dǎo)的生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制

類受體激酶通常是傳遞信號(hào)的關(guān)鍵元件，在植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有極其重要的作用，如類受體激酶BRI1（Brassinosteroid insensitive 1）作為油菜素內(nèi)酯受體介導(dǎo)其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程［57］。最近研究發(fā)現(xiàn)類受體激酶家族TMK蛋白（Transmembrane Kinase）在生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，從非轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控植物細(xì)胞的生長(zhǎng)素響應(yīng)［43，58-59］。除了生長(zhǎng)素激活小G蛋白信號(hào)通路依賴于TMK家族激酶，在側(cè)根發(fā)育過(guò)程中，局部有序的生長(zhǎng)素分布通過(guò)TMK1和TMK4調(diào)控器官發(fā)生過(guò)程中細(xì)胞分裂模式的有序性，從而精準(zhǔn)調(diào)控側(cè)根的有序發(fā)生［58］。研究發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素通過(guò)TMK1/4磷酸化激活絲裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinase）MKK4/5-MPK3/6信號(hào)途徑，來(lái)調(diào)控細(xì)胞分裂模式，也是生長(zhǎng)素信號(hào)和MPK信號(hào)途徑直接關(guān)聯(lián)的重要證據(jù)［58］。最新研究發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)素能夠通過(guò)TMK4蛋白磷酸化修飾生長(zhǎng)素合成關(guān)鍵酶TAA1（TRYPTOPHAN AMINOTRANSFERASE OF ARABIDOPSIS），負(fù)調(diào)控生長(zhǎng)素的生物合成［59］。這也是首次報(bào)道生長(zhǎng)素合成的翻譯后調(diào)控機(jī)制，說(shuō)明植物體內(nèi)生長(zhǎng)素濃度存在快速的自我調(diào)控機(jī)制，以滿足植物生長(zhǎng)發(fā)育的需求［59］。

有意思的是，TMK家族蛋白不僅參與生長(zhǎng)素的非轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控，也參與轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)高濃度生長(zhǎng)素能夠激活一條全新的抑制植物局部生長(zhǎng)的信號(hào)通路。在子葉頂端彎鉤內(nèi)側(cè)聚集的高濃度生長(zhǎng)素能夠促進(jìn)TMK1蛋白的剪切，通過(guò)剪切下來(lái)的TMK1蛋白的C末端肽段將生長(zhǎng)素信號(hào)傳遞到細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核調(diào)控下游反應(yīng)。TMK1蛋白C端特異性識(shí)別并磷酸化穩(wěn)定非經(jīng)典IAA蛋白IAA32/34，IAA32/34蛋白的積累通過(guò)結(jié)合ARF轉(zhuǎn)錄因子來(lái)抑制基因轉(zhuǎn)錄，最終導(dǎo)致在子葉頂端彎鉤內(nèi)側(cè)細(xì)胞伸長(zhǎng)被抑制來(lái)維持內(nèi)外側(cè)差異性生長(zhǎng)［43］。說(shuō)明生長(zhǎng)素TIR1/AFB和TMK1介導(dǎo)的生長(zhǎng)素信號(hào)途徑精準(zhǔn)分工，分別選擇經(jīng)典和非經(jīng)典的IAA蛋白進(jìn)行差異化調(diào)控下游反應(yīng)。

擬南芥中TMK家族蛋白有4個(gè)成員，不同的TMK蛋白在植物生長(zhǎng)發(fā)育的不同階段表達(dá)，從而行使不同的功能。擬南芥tmk1；tmk2；tmk3；tmk4四突變體表現(xiàn)極其嚴(yán)重的發(fā)育缺陷，最終導(dǎo)致不育的表型，說(shuō)明TMK家族蛋白功能的復(fù)雜性和多樣性［60］。研究已經(jīng)表明，TMK激酶介導(dǎo)的生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在不同植物組織、不同亞細(xì)胞位置（從細(xì)胞膜到細(xì)胞核）、不同水平上（從非轉(zhuǎn)錄水平到轉(zhuǎn)錄水平）全方位調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育。然而，TMK家族介導(dǎo)的生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制仍有許多未解決的問(wèn)題，例如生長(zhǎng)素信號(hào)是如何被TMK類受體激酶感知？TMK的作用是否需要其結(jié)合蛋白ABP1？TMK家族蛋白剪切介導(dǎo)的信號(hào)傳遞機(jī)制是否普遍存在及調(diào)控機(jī)制是什么？這些問(wèn)題都有待于進(jìn)一步解析。

3 展望:非經(jīng)典生長(zhǎng)素信號(hào)途徑的研究瓶頸和前景

本綜述初步概括了生長(zhǎng)素非經(jīng)典信號(hào)傳遞通路的研究進(jìn)展。生長(zhǎng)素調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育極其復(fù)雜和多樣。這些研究進(jìn)展一方面拓展了對(duì)生長(zhǎng)素調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的深入認(rèn)識(shí)，另一方面也提出了新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

3.1 非經(jīng)典信號(hào)通路中生長(zhǎng)素的感受機(jī)制

隨著非經(jīng)典信號(hào)通路的逐步解析，生長(zhǎng)素是如何被感知的依舊是核心問(wèn)題之一。其中包括:（1）生長(zhǎng)素TIR1/AFB受體是否存在其他不依賴于Aux/IAA蛋白的作用機(jī)制。（2）TMK家族激酶是否能夠像BRI1一樣直接感知生長(zhǎng)素，是否需要類似ABP1的輔助蛋白。（3）生長(zhǎng)素結(jié)合蛋白ABP1是否參與非經(jīng)典生長(zhǎng)素信號(hào)通路；abp1單突變體表型不明顯，這和ABP1生化和細(xì)胞水平功能相矛盾，如何去解析；ABP1作為沒(méi)有功能域的結(jié)構(gòu)蛋白，是否存在相似結(jié)構(gòu)蛋白的功能冗余或功能補(bǔ)償效應(yīng)。（4）是否存在別的生長(zhǎng)素結(jié)合蛋白，如何去尋找和鑒定。

3.2 生長(zhǎng)素經(jīng)典與非經(jīng)典信號(hào)通路的協(xié)同調(diào)控

生長(zhǎng)素作為小分子化合物在植物細(xì)胞內(nèi)聚集后，同時(shí)啟動(dòng)經(jīng)典和非經(jīng)典信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，必然存在精準(zhǔn)的協(xié)同機(jī)制。例如，多信號(hào)通路之間在時(shí)間和空間上是如何協(xié)同的，如何解析正反饋調(diào)控與負(fù)反饋調(diào)控的復(fù)雜效應(yīng)；多信號(hào)通路在不同組織器官對(duì)不同濃度生長(zhǎng)素如何協(xié)同產(chǎn)生不同的發(fā)育效應(yīng)的；多信號(hào)通路如何協(xié)同參與植物對(duì)復(fù)雜環(huán)境的響應(yīng)的。這些問(wèn)題的解答，將有助于全面解析生長(zhǎng)素信號(hào)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為精準(zhǔn)調(diào)控生長(zhǎng)素響應(yīng)奠定理論基礎(chǔ)。