HPJ|河北农业大学刘孟军教授团队:植物中cGMP信号转导通路与第一信使和第二信使间的信号串扰

近日，Horticultural Plant Journal在线发表了河北农业大学刘孟军教授团队题为“cGMP signalling transduction pathways cross talk with first and second messengers in plants（植物中cGMP信号转导通路与第一信使和第二信使间的信号串扰）”的综述。

研究背景

3′,5′-环磷酸鸟苷（cGMP）是一类能迅速响应外界环境和内源激素变化的小分子信号物质，作为连接第一信使（激素、环境因子）和细胞响应的重要纽带，与3′,5′-环磷酸腺苷（cAMP）一起被称为第二信使。在植物中，cGMP可介导赤霉素、生长素、脱落酸等植物激素及环境因子的信号转导，广泛参与调控种子萌发、根系发育、花粉管生长及光合作用和防御反应等重要生理过程。

研究问题

cGMP在植物信号转导中发挥着关键作用。已有研究表明，cGMP既与多种第一信使（激素、光照、温度、干旱等）又可与多种第二信使（NO，H₂O₂，Ca²⁺等）发生复杂的信号串扰。然而，有关报道比较零散，缺乏系统梳理。基于此，系统综述植物cGMP信号通路、阐明cGMP与第一和第二信使间的相互作用关系显得尤为必要。

研究结果

（1）详细介绍了cGMP的合成与降解通路，重点阐明了GC（鸟苷酸环化酶）并非合成cGMP的唯一酶类，AC（腺苷酸环化酶）等许多蛋白也兼具催化合成cGMP的功能。

（2）cGMP是植物激素及外界环境信号通路中重要的下游效应分子，主要通过NO、H₂O₂和CO介导信号传递，通常依赖于PKG和Ca²⁺参与调控多种生长发育过程。

图1. cGMP介导激素调控植物的生长发育

图2. cGMP介导外界环境因子调控植物的生长发育

图3. cGMP与其他第二信使的信号串扰及其调控的生物学功能

（3）cGMP还参与对植物激素的反馈调节，但其调控过程的完整分子机制仍不明确，值得进一步深入研究。

图4. cGMP的反馈调节作用

意义和创新性

本文通过对植物cGMP信号转导通路的系统梳理，构建了cGMP与第一、第二信使间的相互影响和信号串扰模型，为深入探究cGMP在植物"生长发育和胁迫"响应中的关键角色提供了借鉴参考，也为植物信号传导理论的发展提供了新的研究视角。

END

赵馨博士为该论文的第一作者，刘孟军教授和刘志国副教授为该文的通信作者。在读硕士研究生王迪、博士后Noor Muhammad和在读本科生张在赫、孙思宇、贾晨旭、王思懿参与了本研究。刘孟军教授已从事枣等园艺植物环核苷酸（cGMP、cAMP）研究40余年。

该研究获得国家重点研发计划（2024YFD2200600）和河北省重点研发计划（21326304D）的资助。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468014126000968