Plant Cell ： TOR激酶，一个调节植物能量代谢重要蛋白

来源：BioArt植物

O’Leary等在The Plant Cell杂志发表了题为Metabolite regulatory interactions control plant respiratory metabolism via Target of Rapamycin (TOR) kinase activation的研究论文。该研究发现植物中的雷帕霉素靶蛋白（TOR）信号通路通过诱导对夜间呼吸能量代谢的调节效应来响应氨基酸水平，揭示了真核生物中普遍存在的雷帕霉素靶蛋白调控的标志性机制。

背景：

植物叶片中存在两条主要产生能量的代谢系统，光合作用和呼吸作用。在夜晚，叶片的呼吸作用通常会消耗之前光合作用产生的糖来提供细胞生存所需要的能量（ATP）。在某些特定的情况下，比如饥饿或逆境恢复时，植物会使用除糖之外的其他潜在营养来源，如氨基酸和有机酸，来为呼吸作用提供能量供给。更重要的是，产生能量过程中没有用到的过剩营养物质可以做为原材料提供给植物其他方面的生长需求（如氨基酸可用于合成蛋白质）。目前尚不清楚植物细胞如何动态跟踪体内各种代谢物（特别是氨基酸）的水平，从而适时判断哪些营养物质该被当作燃料消耗，而哪些营养物质则可用于支持生长。

科学问题：我们想了解植物在不同代谢情况下会使用哪些代谢产物来支持呼吸作用的能量产生。为此我们开发了一种数小时内可完成的高通量分析方法，用以量化单个或多个代谢物水平的提高对叶片夜间呼吸速率的影响。

研究结果：在动物体内，一种叫做雷帕霉素靶蛋白（TOR）的信号蛋白密切参与并决定着特定类型的营养物质是被线粒体消耗后用于呼吸作用的能量产生还是用来支持生长。在植物中，之前的研究发现其雷帕霉素靶蛋白（TOR）可以一定程度上指示糖水平信号传导机制。本研究中，我们发现植物的雷帕霉素靶蛋白（TOR）也可像动物和真菌一样发出氨基酸水平的信号。当氨基酸水平处于高位时，TOR一方面被激活并随即下调以氨基酸为原料的线粒体呼吸途径，另一方面上调蛋白质合成以利用氨基酸进行植物生长。因此，我们现在知道植物利用雷帕霉素靶蛋白（TOR）来感应细胞中多种不同营养物质的水平，并协调下游能量的产生和利用过程。

展望：本研究中植物雷帕霉素靶蛋白（TOR）能够响应氨基酸水平的发现令人惊讶，因为动物雷帕霉素靶蛋白（TOR）感知氨基酸水平机制中涉及到的所有基因在植物中都不存在。这意味着植物必然已经进化出一种全新且未知的机制来保障雷帕霉素靶蛋白（TOR）可以响应氨基酸。

来源：ThePlantCell公众号。

论文链接：

https://doi.org/10.1105/tpc.18.00907