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　　确定GhREC1334为一种与棉花光合作用效率相关的新型核定位腺苷酸环化酶

　　GhREC1334编码一种定位于细胞核的腺苷酸环化酶，该酶含有四肽重复结构域以及保守的AC催化基序。通过体外cAMP生成实验以及对大肠杆菌 cyaA突变体的功能互补试验，都证实了GhREC1334具有酶活性。GhREC1334会影响植物的生长与发育。GhREC1334与光

　　编码一种定位于细胞核的腺苷酸环化酶，该酶含有四肽重复结构域以及保守的AC催化基序。

　　环腺苷3′,5′-一磷酸（cAMP）是一种已得到广泛认可的 second messenger分子，它能够通过与CNGCs（环核苷酸门控离子通道）和PKA（蛋白激酶A）等蛋白效应物相互作用，触发一系列信号转导事件，从而影响动物体内的多种细胞功能（Kamenetsky等人，2006；Yan等人，2016）。然而直到最近，人们才在植物中确认了cAMP信号传导的存在，它可调控植物的生长发育以及应对非生物和生物胁迫的反应（Gehring和Turek，2017；Marondedze等人，2017；Qi和Friml，2023；Wong等人，2023；Xu等人，2021）。cAMP由ATP转化而来，其生成完全依赖于腺苷酸环化酶的催化活性。腺苷酸环化酶能够迅速提升细胞内的cAMP水平，进而引发后续的信号传导反应。在植物中，目前仅有少数经过实验验证的AC基因被记录在案，而关于cAMP信号传导途径的了解仍然十分有限。

　　植物的AC酶通常属于复杂的多功能蛋白，这类蛋白包含多个不同的结构域。目前，人们是通过寻找基于AC催化中心中功能保守氨基酸的序列特征，来预测植物中的潜在AC酶的（Al-Younis等人，2021；Ruzvidzo等人，2019；Wong和Gehring，2013）。最早被发现的真正具有AC活性的基因是玉米（

　　，它参与花粉管的定向生长；不过通过BLASTP搜索发现，PSiP实际上是与核苷酸结合位点-亮氨酸富集重复序列（NBS-LRR）疾病抗性蛋白同源的（Moutinho等人，2001）。AtLRRAC1也是另一种具有AC活性的NBS-LRR蛋白，其缺失突变体对真菌和细菌病原体的易感性会升高（Bianchet等人，2019）。此外，ZmRPP13-LK3也是一种具有AC活性的NBS-LRR蛋白，它能帮助玉米抵御由脱落酸介导的热胁迫（Yang等人，2021）。HpAC1含有类似CYTH的结构域且具备AC活性，在

　　中，j9跨境创业它的表达水平与机械损伤和真菌感染有关（Swiezawska等人，2014）；不过在

　　中，它的同源基因AtTTM3并非AC酶，而是具有三聚磷酸酶活性（Moeder等人，2013）。在中国枣（

　　Mill.）中发现的三个同源基因C-ZjAC1、C-ZjAC2和C-ZjAC3也都含有类似CYTH的结构域，并且具有AC活性，在

　　中过表达这些AC基因可促进种子萌发、根系生长以及开花（Liu等人，2023）。

　　中的NbAC与tabtoxinine-β-内酰胺诱导的细胞死亡以及野火病的发展有关（Ito等人，2014），它是一种含有四肽重复结构域的蛋白，能够介导蛋白间相互作用以及多蛋白复合物的组装（Zeytuni和Zarivach，2012）。AtPPR-AC则是一种含有五肽重复结构域的蛋白，它能生成cAMP，同时通过与RNA相互作用并促进其加工来发挥作用（Ruzvidzo等人，2013）。AtKUP5和AtKUP7都属于HAK/KUP/KT转运蛋白家族，它们具备对K

　　运输至关重要的AC活性（Al-Younis等人，2015，2018）。AtCIAP属于ENTH/ANTH/VHS超家族蛋白，具有AC活性，它参与网格蛋白的组装以及内吞作用，很可能与病原体防御和花粉管生长过程有关（Chatukuta等人，2018；Muro等人，2018）。TIR1/AFB受体是泛素连接酶复合物的F-box亚基，它们可介导植物的生长素响应，最近的研究表明，它们还具有在生长素以及Aux/IAAs作用下被激活的AC活性，能够参与向重力性反应、持续的生长素诱导的根系生长抑制以及生长素诱导的转录调控过程（Qi等人，2022）。所有这些研究结果都表明，cAMP信号传导是植物复杂信号调控网络中不可或缺的一部分。

　　通过计算分析可以确定，植物基因组中的许多复杂多结构域蛋白中可能都存在功能性的AC催化中心（Al-Younis等人，2021；Kwiatkowski等人，j9跨境创业2022；Ruzvidzo等人，2019）。这一结论与从植物药理学和遗传学研究中揭示的cAMP信号传导的多种生物学功能是完全一致的（Alqurashi等人，2016；Domingo等人，2023；Li等人，2024；Sabetta等人，2016，2019；Thomas等人，2013；Xu等人，2021）。毫无疑问，cAMP信号传导对植物生物学具有重要意义，进一步深入理解它对于农业作物改良也有重要价值。由于植物AC酶的AC催化中心内部氨基酸的差异程度较高，为了更好地了解植物的cAMP信号传导及其实际应用，就有必要在不同植物模型中识别并表征AC基因。在此，我们报告发现了

　　编码一种新的定位于细胞核的蛋白质，该蛋白质既含有推测的AC催化中心，也含有通常与多蛋白复合物组装相关的四肽重复结构域。功能分析表明，

　　与叶绿体功能以及光合作用效率的调控有关。推测的AC催化中心、四肽重复结构域以及细胞核定位特性共同表明，

　　可能参与了涉及细胞核内多蛋白复合物的cAMP相关信号传导过程。综合来看，这些研究结果使得

　　成为未来研究植物cAMP信号传导通路以及探索利用AC酶介导的信号传导改善作物品质的重要候选对象。

　　种子是我们实验室的常规储备种子。所有植株都在温度为25℃、光照时间为16小时/黑暗时间为8小时的生长室中，使用盆栽土进行培养。

　　GhREC1334编码一种含有植物中保守AC催化中心结构的REC3同源蛋白

　　我们利用植物中保守的AC催化中心结构特征，在陆地棉基因组中预测了候选AC基因（Al-Younis等人，2021，2018；Chatukuta等人，2018）。预测结果在A亚基因组和

　　的注释转录本长度为5043个核苷酸，可编码1680个氨基酸（图1B、C），而

　　在本研究中，我们在世界上最重要的纤维和油料作物之一——棉花中，首次鉴定出了经实验验证的候选AC基因

　　。腺苷酸环化酶能够催化cAMP的合成，而cAMP是调控植物生长、发育以及应对环境变化的关键second messenger。尽管AC酶在作物改良方面具有巨大潜力，但目前仅在少数作物物种中对其功能进行了研究。例如，玉米中的NBS-LRR蛋白

　　写作——审稿与编辑、写作——初稿撰写、可视化、资源获取、项目管理、资金申请、正式分析、数据整理、概念构建。

　　作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。

　　作者感谢中国郑州河南农业大学的Hu Xiuli教授及其实验室成员提供的宝贵建议。

　　Shuo CaoLin LiBinghua LiShi XuHanfeng ZhangRuqiang Xu