生命体生长发育高度依赖能量的供应，同时保持一定的内稳态。植物如何在不同的能量条件下保持发育的内稳态一直是生物学家的兴趣点之一。Target of Rapamycin (TOR，雷帕霉素靶标蛋白)是真核生物细胞内保守的Ser/Thr蛋白激酶，在整合营养信号、能量信号、激素、生长因子及环境信号调控生物体的发育中起到关键的中心作用(Brunkard et al., Dev. Cell,2020.)。已有研究表明，拟南芥暗形态建成到光形态建成过程中，光合作用产生的糖可以通过葡萄糖-TOR信号途径来激活近端的根尖分生组织从而启动根系的发育(Xiong et al., Nature, 2013; Li et al., PNAS, 2017; Fu et al., Nature, 2021)。然而这个过程中，远端根尖分生组织包括静止中心（QC）和小柱干细胞（CSC）以及小柱细胞（CC）维持发育的内稳态来保证正常的根尖结构及向重力性，但是其分子机制还不清楚。

近日，我室董金皋教授团队与河北师范大学刘西岗教授团队在Nature Plants（中科院一区TOP期刊，IF=17.352）在线发表题为 “TOP1α Fine-tunes TOR-PLT2 to Maintain Root Tip Homeostasis in Response to Sugars ”的研究论文，报道了在暗光形态建成转换过程中，拟南芥DNA拓扑异构酶TOP1α通过精细调控TOR-PLT2模块维持根尖发育内稳态的分子调控网络机制。

光合作用产生的蔗糖/葡萄糖通过TOR在激活根近端分生组织促进根生长的同时，还能够保持静止中心、小柱干细胞和小柱细胞的稳定性。对这种精细的调节机制的研究，有助于深入理解植物在异养-自养转换后，光合作用产生的糖对根发育的调节，也有利于丰富人们对根向重力性响应的认知。

该研究的重要意义不仅体现在在模式植物这种基础研究中，并且在对各种高等农作物在抗倒伏、对深层次土壤中的水分和营养物质的吸收利用提供性状改良的新线索，因此有着极为广泛的发展和应用前景。

长期以来，TOP1α是抗肿瘤的药物靶标，通过抑制其DNA解旋酶活性导致细胞死亡。而最近的研究表明糖代谢在维持肿瘤细胞的微环境（tumor microenvironment；其作用类似于干细胞龛）进而调控调节T细胞（regulatory T cells）来抑制效应T细胞（effector T cells）上具有重要作用 (Watson et al., Nature, 2021; Zappasodi et al., Nature, 2021)。本研究中同时发现在CPT（TOP1α的抑制剂）处理的人非小细胞肺癌细胞系中mTOR的表达也得到去抑制，伴随着细胞周期基因的过表达和加速的细胞死亡。这样，研究结果发现了一个动植物干细胞维持在响应能量供应上的保守机制，为抗肿瘤研究提供新思路，同时也为研究抗肿瘤药物的肿瘤细胞特异性药效提供新线索。

我室董金皋教授与河北师范大学刘西岗教授为共同通讯作者。我室邢继红教授、张康博士与张科博士参与了此工作。该研究工作得到了华北作物改良与调控国家重点实验室，国家自然科学基金委，河北省创新研究群体及高端人才引进计划的支持。