学术动态

2025年10月14日，清华大学生命科学学院学院单晓昳团队联合我院姚瑞枫教授团队在 Molecular Plant (IF5-yr = 25.8005)杂志在线发表了题为 “Strigolactones: Biosynthesis, transport, perception and signal transduction” 的综述论文。该文不仅系统总结了近60年来独脚金内酯（Strigolactones, SLs）研究领域的重要发现，也着重梳理了最新研究突破并展开深入讨论，包括SL生物合成、转运、感知和信号转导的分子机制及其作为内源激素和根际信号的双重生物学功能（图1）。此外，该文还指出了SL领域内亟待解决的重要科学问题及其在作物育种改良中的应用前景。

图1 SL通路及其生物学功能

研究背景

植物激素对植物繁衍生息起到重要调控作用。独脚金内酯（SLs）是一类由类胡萝卜素衍生而来的植物激素，具有调控植物生长发育、介导根际共生与寄生关系的双重功能。其研究历程始于1960年代，最初作为促进寄生植物独脚金种子萌发的根际信号被发现；2005年被证实可促进丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi, AMF）的菌丝生长从而与植物建立共生关系；最终于2008年被鉴定为内源植物激素。

综述内容

1.SL的生物合成

SL的合成起始于β-类胡萝卜素（图2）。在D27/CCD7/CCD8的催化下，β-类胡萝卜被转化为Carlactone（CL）。CL合成后，SL的生物合成途径开始分化，不同植物物种（如拟南芥、水稻和玉米等）通过不同酶催化后续步骤生成特异性的SL（图2）。

图2 SL的生物合成

2.SL的转运

SL可以通过ABC转运蛋白介导其根-茎的长距离转运和根际分泌。双子叶植物矮牵牛中的PhPDR1是首个被鉴定的SL转运蛋白，其在番茄中的直系同源蛋白SlABCG44/45同样介导SL的根际分泌和向茎的运输（图1）。单子叶植物高粱中SbSLT1/2在根表皮细胞特异性表达，具有外排SL到土壤中的功能特性，在提升作物抗寄生能力方面具有显著的应用潜力（图1）。

3.SL的感知和信号转导

SL的感知和信号转导依赖受体介导抑制子降解的去抑制化模型，其核心组件包括受体D14、F-box蛋白D3/MAX2、抑制子D53/SMXLs等。SL的感受机制极为独特（图3）。开放构象的D14结合SL后，会水解SL为ABC环和D环，并与D环共价结合，转变为关闭的构象，招募F-box蛋白D3/MAX2介导对抑制子的泛素化降解。这种“水解-共价结合-变构-招募”的非经典感知模型（图3），是SL研究领域的重大突破。

图3 SL的感知

4.SL的生物学功能

作为根际信号分子，SL促进植物与AMF的共生，增强根系对营养元素（特别是磷元素）的吸收（图1）。在长期的进化过程中，列当科的寄生杂草演化出高灵敏度的受体感知植物宿主分泌的SL，促进自身的种子萌发（图1）。作为内源信号分子，SL调控了植物生长发育的诸多方面，如分枝/分蘖、叶片发育及衰老、根系的发育（主根生长和侧根发生等）、下胚轴伸长、开花以及对非生物胁迫因素 （冷、热和干旱等）的抗性（图1）。

5.SL领域研究挑战及应用展望

尽管SL研究已取得长足进展，但该领域仍面临诸多挑战：1）SL前体及衍生物的多样性尚未完全解析；2）SL详细的转运调控网络有待进一步阐明；3）SL的动态感知机制还需进一步细化；4）AMF和寄生植物中SL受体及信号通路尚需进一步研究。持续深入研究SL通路将在推动农业创新与可持续发展中发挥重要作用，可应用于作物株型优化和减轻寄生杂草危害等多个方面。

清华大学生命科学学院谢道昕教授的博士研究生欧宏鑫为本文第一作者，清华大学生命科学学院单晓昳副研究员和湖南大学隆平农学院姚瑞枫教授为共同通讯作者。本论文作者受到国家重点研发计划、国家自然科学基金和湖南省细胞信号转导基础学科研究中心等项目的支持。