Science Advances | 张涛等发现衣康酸是植物内源小分子，揭示其调控植物生长发育与逆境响应的分子机制

当前，植物小分子化合物的研究主要集中于传统的植物激素类物质，然而一株植物体内可能含有多达 2000 种不同的小分子化合物。整个植物界中，代谢物的总数预计在 20 万至 100 万种之间，其中绝大多数化合物的生物学功能仍有待深入探索。

近日， 加州大学圣地亚哥分校的 Alexandra J. Dickinson 教授 团队在Science Advances发表了题为“The metabolite itaconate is a transcriptional and post-translational modulator of plant metabolism, development, and stress response”的研究论文，系统揭示了新型小分子化合物 衣康酸在植物中的存在及其作用，并揭示了其调控植物生长发育与逆境响应的分子机制。

衣康酸（ Itaconic acid ， I TA ） 是 三羧酸循环的产物， 是 在动物免疫应答中发挥重要作用的 内源 小分子， 但其在植物中的存在与功能仍鲜有 报道 。 在此前的研究中【1,2】 ， 该 团队利用化学成像技术揭示了一系列小分子 化合 物在植物根部的空间分布特征。 其中 衣康酸在根中的特异性分布引起了研究人员的关注。 在此基础上 ，研究人员开展了系统深入的研究， 证明了衣康酸是植物内源小分子， 阐明了衣康酸在植物中的作用机制。主要研究 结果 包括：

1 . 确 认 衣康酸为植物内源 代谢物 ：通过同位素标记技术，研究人员首次 证实 衣康酸可 在拟南芥和玉米中 自主合成，证明其为植物内源性小分子化合物；

2 . 揭示其调控植物激素信号通路的功能：通过多种植物激素报告系统，发现衣康酸能够显著影响多种植物激素（如生长素、脱落酸 、细胞分裂素 等）的信号通路，表明其在植物生理调控中具有重要作用；

3 . 解析其调控 植物生长 发育的分子机制： RNA 测序分析表明，衣康酸可调控多个根发育相关的关键生物过程，包括活性氧（ ROS ）稳态、光合作用及糖酵解等代谢通路；

4 . 鉴定潜在靶蛋白并提供分子作用证据： 研究人员采用药物亲和反应靶点稳定技术（ DARTS ）和化学蛋白质组学方法，鉴定出多个能够与衣康酸结合并发生衣康酰化修饰的靶蛋白。这些靶蛋白在动物中表现出高度保守性，但在植物中则特异性地靶向与光合作用相关的特有蛋白，为衣康酸的作用机制提供了分子层面的支持。

5 . 生物学 功能验证： 将人源衣康酸合成酶基因导入模式植物拟南芥后，研究人员观察到其生长发育显著变化，进一步验证了内源衣康酸合成在植物中的生理功能。

综上所述，该研究拓展了人们对小分子化合物衣康酸作用机制的认知，探索了其在植物中的复杂功能，不仅为深入理解植物代谢调控网络提供了全新视角，还有望为改善作物的生长提供新的潜在解决方案。

该论文的第一作者为加州大学圣地亚哥分校的张涛博士（现任扬州大学农学院特聘教授），通讯作者为加州大学圣地亚哥分校的Alexandra J. Dickinson教授。本研究得到了多位国内外专家的积极参与与支持，其中包括北京大学的王初教授、秦根基教授和贾桂芳教授，斯坦福大学的 Richard N. Zare 教授，卡内基植物研究所的 S hou -ling Xu 博士，以及墨西哥国立自治大学的 Adriana Garay-Arroyo 教授。

参考文献：

1. Zhang, T ., Noll, S. E., Peng, J. T., Klair, A., Tripka , A., Stutzman, N., Cheng, C., Zare, R. N. and Dickinson, A. J. Chemical imaging reveals diverse functions of TCA metabolites in root growth and development. Nature Communications 14, 2567 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-38150-z .

2. Zhang, T., Peng, J. T., Klair, A., Dickinson, A. J. Non-canonical and developmental roles of the TCA cycle in plants. Current Opinion in Plant Biology 74, 102382 (2023). https://doi.org/10.1016/j.pbi.2023.102382.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt7463