生长素在植物的生长发育过程中发挥重要作用。研究植物如何感知生长素及生长素信号在植物细胞内如何传递对于认识生长素的功能具有重大理论意义。基于早期遗传学和生物化学证据，经典生长素信号转导通路的理论框架于2005年已基本建立：生长素受体TIR1/AFBs是F-box蛋白，通过与其它亚基互作形成有功能的SCF类型E3泛素连接酶复合体。生长素结合其受体蛋白TIR1/AFBs能够诱导TIR1/AFBs与共受体Aux/IAAs的相互作用，并促进Aux/IAAs的泛素化修饰和降解，解除Aux/IAAs对ARFs介导的转录过程的抑制作用，从而启动生长素诱导的转录重编程 。这一理论完美地解释了生长素对于多种生长发育过程的调控，如胚胎发育、器官发生、维管束发育等。然而，近些年越来越多地证据表明生长素还能通过TIR1/AFBs介导许多快速的细胞反应，比如质膜去极化、胞质Ca2+峰、质外体碱化以及根的快速生长抑制等 。生长素在短短1分钟左右就可以诱导这些生理反应，这无法用经典的生长素信号转导通路（转录重编程）来解释，暗示生长素受体TIR1/AFBs可能仍有未知功能。

2022年10月26日，奥地利科学技术研究所Jiří Friml教授团队在Nature发表了题为Adenylate cyclase activity of TIR1/AFB auxin receptors in plants的研究论文。该研究发现生长素受体TIR1/AFBs除了具有E3泛素连接酶活性以外，还具有腺苷酸环化酶（Adenylate cyclase, AC）活性，且AC活性对于生长素诱导的转录调控至关重要。该发现将为生长素信号转导研究开辟新的方向。 拟南芥TIR1/AFBs家族有6个成员，具有保守的蛋白结构域：N端为F-box基序，中间大部分为富含亮氨酸的重复序列（Leucine rich repeats, LRR），C末端有一小段序列没有注释任何结构域。该研究根据已知线索进行合理推测，并结合序列分析，在TIR1/AFBs家族的C末端发现存在一个保守的腺苷酸环化酶核心基序。腺苷酸环化酶能够以ATP为底物合成cAMP。作者进一步通过大肠杆菌AC突变体互补实验、体外AC酶活结合ELISA或HPLC-MS/MS检测实验等多种方法证明：所有能够正常表达和纯化的拟南芥TIR1/AFBs具有AC活性（图1）。作者进一步证明陆生植物基部类群小立碗藓（Physcomitrella patens）的4个PpAFBs均具有AC活性，说明TIR1/AFBs家族的AC活性在进化上是高度保守的。

为了验证C末端AC基序对于TIR1/AFBs AC活性的重要性，作者分别突变了AFB5和TIR1ΔNT C末端AC基序中3个保守的氨基酸残基（ACm1, ACm2, ACm3）。大肠杆菌AC突变体互补实验和体外AC酶活实验的结果均表明3个氨基酸突变均使AFB5和TIR1ΔNT丢失了AC活性，说明C末端AC基序对TIR1/AFBs的AC活性至关重要。作者进一步通过体外Pull-down实验证明尽管ACm2破坏了生长素诱导的TIR1-IAA7互作，但ACm1和ACm3并不影响这种互作，说明这两个点突变可以特异地消除TIR1的AC活性，而不影响对生长素的感知。

TIR1的AC活性中心在空间结构上距离生长素结合口袋很近。作者将ATP和TIR1–IAA–Aux/IAA复合体的结构进行了分子对接（molecular docking），发现ATP确实能够和鉴定到的AC活性中心很好地结合，另外Aux/IAA降解子中的V84氨基酸残基伸展出来，将ATP固定在AC活性中心，很有可能会增强AC活性。为了验证这一假设，作者在进行TIR1的体外AC酶活实验时分别加入IAA，纯化的IAA7或IAA17蛋白，以及它们的组合，发现只有在同时存在配体IAA和共受体IAA7或IAA17时，TIR1的AC活性被显著增强，说明TIR1对生长素的感知会增强其AC活性。作者进一步证明生长素处理拟南芥幼苗后，根中的cAMP显著积累，而且这种作用完全依赖生长素受体TIR1/AFBs。

为了研究AC活性对TIR1受体功能的重要性，作者进行了突变体互补实验。双突变体tir1-1 afb2-3对生长素诱导的根生长抑制不敏感。作者用TIR1自身启动子驱动野生型TIR1和3种AC基序突变的TIR1去互补tir1-1 afb2-3双突变体表型，发现野生型TIR1能够正常互补双突变体表型，TIR1ACm2由于丧失了生长素感知能力完全不能互补，而TIR1ACm1和TIR1ACm3只能很微弱地互补，说明AC活性对于TIR1的生理功能至关重要。为了进一步验证这一结论，作者利用了工程改造的cvxIAA/ccvTIR1系统。该系统在TIR1的生长素结合口袋中引入一个氨基酸突变从而形成“凹形”结构（concave TIR1, ccvTIR1），而IAA也被对应地进行化学修饰从而形成“凸形”结构（convex IAA, cvxIAA）。通过这种改造，cvxIAA特异地结合ccvTIR1从而激活生长素信号转导，而不能结合其它内源的TIR1/AFBs；相应地IAA只能结合内源TIR1/AFBs，而不能结合ccvTIR1。因此，当含有ccvTIR1的转基因植物被cvxIAA处理后，只有ccvTIR1介导的信号转导途径被激活，消除了TIR1/AFBs功能冗余对解析其功能的影响。作者构建了含有ccvTIR1和AC基序突变的ccvTIR1ACms的转基因植物，发现cvxIAA处理ccvTIR1植物能够显著抑制根的生长，而在ccvTIR1ACms的转基因植物中，cvxIAA只能轻微地抑制根的生长，这些结果充分说明AC活性对TIR1受体功能的重要性。作者进一步证明TIR1的AC活性对于生理条件下根的向重力反应也是至关重要的。

利用垂直显微镜结合微流控芯片技术，作者对根中生长素诱导的快速反应进行活体成像研究，却发现TIR1 AC活性对生长素诱导的胞质Ca2+峰和质外体碱化等并不重要。相反，实时荧光定量PCR的结果却表明生长素响应基因的转录水平在AC基序突变的转基因材料中大大降低，说明受体TIR1/AFBs的AC活性通过独立于E3泛素连接酶活性的方式，参与生长素诱导的转录调控。

自2005年经典生长素信号转导通路的理论框架建立以来，生长素信号转导领域的研究基本再无概念性突破。该研究证明生长素受体TIR1/AFBs除了具有E3泛素连接酶活性以外，还具有腺苷酸环化酶（AC）活性，而且AC活性对于生长素诱导的转录调控至关重要。这项发现将为生长素信号转导研究开辟新的方向，是该领域近15年内的重要突破。

另外，自从1958年Earl W. Sutherland发现cAMP在动物激素肾上腺素调控糖原分解过程中起着重要的中间作用以来，cAMP作为细胞信号转导通路中的二级信使这一发现在整个生命科学界产生了巨大影响，相关理论知识在生物医药行业得到了广泛应用，迄今为止，至少已有5项诺贝尔生理医学奖授予了相关研究(Beavo and Brunton, 2002)。然而，cAMP对植物的重要性却长期以来一直饱受质疑、争议不断，其重要性并未被广泛认可 (Gehring, 2010; Trewavas, 1997)。该研究充分证明生长素受体TIR1/AFBs具有AC活性，且对其受体功能至关重要。这将有望结束这一长达半个多世纪的争议，复苏植物cAMP相关研究，并很有可能影响整个植物信号转导领域的研究。