乙烯信号转导的分子机制

植物学通报 2006, 23 (5): 531￣542基金项目: 北京大学985项目

* Author for correspondence. E-mail: hongweig@https://www.wendangku.net/doc/fa301529.html,

乙烯信号转导的分子机制

安丰英，郭红卫＊

北京大学生命科学学院植物基因工程和蛋白质工程国家重点实验室, 北京 100871

摘要 气态植物激素乙烯在植物生长发育和应对生物及非生物胁迫过程中起着重要作用。在过去的十几年中, 对模式植物拟南芥的分子遗传研究已建立从信号感知到转录调控的乙烯信号转导线性模型。拟南芥共有5个乙烯受体ETR1、ERS1、ETR2、ERS2和EIN4, 目前已知ETR1定位在内质网上, 与类似于Raf 的蛋白激酶CTR1协同负调控乙烯反应。EIN2和EIN3/EILs 位于CTR1下游, 正调控乙烯反应。两个F-box 蛋白EBF1和EBF2通过泛素/26S 蛋白体降解途径调控EIN3的稳定性。5’→3’的外切核酸酶EIN5通过启动EBF1和EBF2 mRNA 的降解, 拮抗EBF1和EBF2对EIN3的负反馈调控。目前对于乙烯信号转导途径关键组分的生化功能和乙烯下游反应途径的了解甚少, 乙烯信号转导途径与其它途径之间还存在着广泛的交叉反应, 这些问题的解决将大大增加我们对乙烯信号转导途径的了解。关键词 乙烯, 信号转导, 植物激素

Molecular Mechanism of Ethylene Signal Transduction

Fengying An, Hongwei Guo *

The National Laboratory of Protein Engineering and Plant Genetic Engineering , College of Life Sciences ,

Peking University , Beijing 100871, China

Abstract The gaseous plant hormone ethylene regulates a variety of developmental process and biotic and abiotic stress response in plant. During the past decade, molecular genetic studies on the model plant Arabidopsis have established a linear signal transduction pathway from signal perception on the endoplasmic reticulum membrane to transcriptional regulation in the nucleus. Ethylene receptor family in Arabidopsis consists of five components, including ETR1, ERS1, ETR2, ERS2 and EIN4, at least one of which, ETR1, was reported to localize on endoplasmic reticulum, and negatively regulates ethylene response by forming a complex with Raf-like kinase CTR1. Downstream of CTR1 are EIN2 and EIN3/EILs, which positively regulate ethylene response.In the absence of ethylene signal, EIN3 is quickly degraded through an ubiquitin/26S proteasome pathway mediated by two F-box proteins, EBF1 and EBF2. EIN5, a 5’→3’ exoribonuclease, antagonizes the negative feedback regulation on EIN3 by promoting EBF1 and EBF2 mRNA decay. Despite the recent advances on the understanding of plant response to ethylene, many aspects of the ethylene signaling pathway remain unknown,especially the biochemical nature and the regulatory mechanisms of key pathway components, as well as the molecular basis of various interactions between the ethylene response pathway and other signaling pathways.In the coming years the research in this fast advancing field might provide much of the needed answers to these

综述 . 乙烯

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乙烯是一种仅含两个碳原子的简单的气态植物激素, 它在植物的生长发育过程中起着重要作用。乙烯调控种子萌发、种苗生长、叶片和花的脱落、器官衰老、果实成熟、单性花的性别决定等生理过程。此外乙烯还在应对生物和非生物胁迫中起着重要作用(Abeles et al., 1992)。典型的乙烯反应是双子叶黄化种苗的三重反应, 在拟南芥中表现为下胚轴变短、变粗, 根变短和顶端弯钩加剧(Ecker, 1995; Roman and Ecker, 1995)。由于三重反应是乙烯的特异反应, 而且在发育的早期发生, 这便利了大规模筛选乙烯突变体。在过去的十几年中, 根据三重反应所获得的拟南芥乙烯突变体可分为三类,一类突变体对外源乙烯及其合成前体ACC表现为部分或完全的不敏感, 这类突变体包括etr1 (ethylene resistant1)、etr2、ein2(ethylene insensitive2)、ein3、ein4、ein5、ein6、hls1(hookless1)、eir1(ethylene insensitive root1)(Roman et al., 1995; Hua et al., 1998)和一些生长素不敏感的突变体(Stepanova et al., 2005);第二类突变体为组成型的三重反应突变体, 包括乙烯过量产生突变体,如e t o1(e t h y l e n e overexproduction1)、eto2、eto3(Hirayama et al., 1999)和组成型活化乙烯信号突变体, 如ctr1 (constitutive triple response1)(Kieber et al., 1993; Hirayama et al., 1999)和ran1(responsive to antagonist1)(Woeste and Kieber, 2000); 第三类突变体对外源乙烯及其合成前体ACC表现出超敏感, 如eer1(enhanced ethylene response1) (Larsen and Chang, 2001)。

对上述突变体的遗传和分子分析, 已建立了从乙烯信号感知到转录调控的线性信号转导模型。简言之乙烯在辅助因子铜的作用下可与定位在内质网膜上的乙烯受体家族成员包括ETR1、ETR2、ERS1、ERS2和EIN4结合(Chang and Stadler, 2001), 乙烯受体家族成员在结构上与细菌和真菌中存在的双元组分系统类似。在此过程中, 一个P-type ATPase RAN1起了转运亚铜离子的作用, 在亚铜离子存在的情况下受体才有功能(Hirayama et al., 1999)。最近的研究结果表明, 一个进化上保守的蛋白RTE1对乙烯受体ETR1的功能非常重要, 但其生化功能未知(Resnick et al., 2006)。遗传分析表明乙烯与受体结合能使其失活, 而在缺乏乙烯的情况下活化的受体激活下游类似于Raf的丝/苏蛋白激酶CTR1(Kieber et al., 1993)。CTR1的存在暗示了MAP激酶级联参与乙烯信号转导过程, 且可能是作为乙烯信号途径的负调控因子。因此乙烯信号转导途径可能既具有细菌的双元组分系统特征, 又具有真核生物MAP激酶途径特征。EIN2、EIN3/EILs、EIN5和EIN6位于CTR1下游, 是乙烯信号途径的正调控因子(Roman et al., 1995; Chao et al., 1997; Alonso et al., 1999)。转录因子EREBPs基因家族成员ERF1(Ethylene Response Factor1)(Berrocal-Lobo and Molina, 2004)、EDF1－EDF4 (Ethylene Response DNA Binding Factor 1－4) (Alonso et al., 2003b); N-乙酰转移酶基因家族成员HLS1(Hookless1)(Li et al., 2004); 色氨酸生物合成限速酶氨基苯甲酸盐合酶的α和β亚基WEI2(Weak Ethylene Insensitive2)和WEI7(Stepanova et al., 2005)分别代表已知的4个乙烯反应分支。本文将以模式植物拟南芥为例依次介绍乙烯信号转导途径的各个组分的最新研究进展并对其存在的问题进行简单的讨论。

problems.

Key words ethylene, signal transduction, plant hormone

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１ 乙烯信号的感知

在拟南芥中, 共有5个乙烯受体, 分别为ETR1、ETR2、ERS1、ERS2和EIN4, 它们在结构上与细菌和真菌中存在的双元组分系统类似(Chang et al., 1998; Hua et al., 1998; Sakai et al., 1998)。根据其结构特征, 5个受体可被进一步分为两类(Hua et al., 1998)。一类受体包括ETR1和ERS1, 这类受体的氨基端含有3个疏水跨膜区, 其羧基端含有一个保守的组氨酸激酶区; 另一类受体包括ETR2、ERS2和EIN4, 它们含有4个氨基端的疏水跨膜区和一个退化的羧基端组氨酸激酶区(其中缺乏一个或多个激酶活性必需元件)(Hua et al., 1998)。此外, 在受体ETR1、ETR2和EIN4的羧基端还含有信号接受区(Hua et al., 1998)。在酵母细胞中表达ETR1的氨基端能高亲和性的结合乙烯(Schaller and Bleecker, 1995)。所有的5个乙烯受体在氨基端同源性最高, 这与它们具有相似的乙烯结合能力相一致(Wang et al., 2003)。研究发现缺失信号接受区增加了种苗对于乙烯诱导的生长抑制的敏感性,而替换信号接受区的磷酸化位点推迟了受乙烯诱导的种苗回复到正常的生长水平, 因此信号接受区可能参与修饰乙烯信号(Binder et al., 2004)。体外激酶活性实验发现: 在所有的5个乙烯受体中, 仅ETR1受体专一在组氨酸残基发生自我磷酸化, 而所有的其它受体主要在丝氨酸残基发生自我磷酸化。ERS1受体, 在Mn2+存在的条件下, 既可以在组氨酸残基也可以在丝氨酸残基发生自我磷酸化,而在M g2+、Mn2+同时存在的条件下, 仅在丝氨酸残基发生自我磷酸化。突变分析表明丝氨酸残基发生自我磷酸化并不需要保守的组氨酸残基(Moussatche and Klee, 2004)。另外, 烟草的一个类型Ⅱ乙烯受体NTHK1(Nicotiana tabacum HISTIDINE KINASE1)也具有丝/苏蛋白激酶活性而非组氨酸蛋白激酶活性(Xie et al., 2006); 另一个类型Ⅱ乙烯受体NTHK2, 在Mn2+存在的条件下具有丝/苏蛋白激酶活性, 而在Ca2+存在的条件下则具有组氨酸蛋白激酶活性(Liu and Zhang, 2004)。

遗传研究发现5个受体中的任意一个发生功能获得性突变(多数突变影响了受体与乙烯的结合能力)都能导致乙烯不敏感, 表明所有的5个受体都与乙烯信号相关(Hua et al., 1998; Sakai et al., 1998; Alonso et al., 2003a; Rodriguez-Navarro and Rubio, 2006)。但其单个受体的功能缺失突变体表型与野生型类似, 表明不同受体之间存在功能冗余(Hua and Meyerowitz, 1998)。三重或四重功能缺失突变体具有组成型的乙烯反应表型进一步证实了上述推论, 也表明乙烯受体在乙烯信号转导途径中起着负调控作用(Hua and Meyerowitz, 1998)。以前的研究都是建立在对etr1、etr2、ers2和ein4突变体的遗传分析上, 最近分离的ers1突变体及其etr1/ers1双突变体为研究受体不同功能域的功能提供了便利(Hall and Bleecker, 2003; Zhou et al., 2003)。etr1/ers1双突变体与四重突变体的组成型乙烯反应表型类似, 表现出各种发育缺陷。在etr1/ers1双突变体中转基因表达类型Ⅰ受体ETR1或ERS1能恢复双突变体组成型乙烯反应表型, 但转基因表达类型Ⅱ受体ETR1、ETR2或EIN4不能恢复双突变体组成型乙烯反应表型(Zhou et al., 2003)。由于类型Ⅰ受体含有功能的组氨酸激酶功能域, 不难推测类型Ⅰ受体的独特作用可能在于其组氨酸激酶的活性。为了验证这种可能性, Wang等(2003)将组氨酸激酶失活的ETR1转入双突变体etr1/ers1中, 发现突变的ETR1仍然能够拯救etr1/ers1的表型,因此组氨酸激酶的活性并不为受体抑制乙烯信号所必需, 而且也不为受体与CTR1的相互作用所必需(Gao et al., 2003)(见下)。推测该激酶活性可能与乙烯受体其它功能有关, 如细胞定位、维持受体蛋白稳定性或与其它因子互作从而精细

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调控信号的输出等(Yang et al., 2004)。最近, Binder等(2004)的研究表明突变导致组氨酸激酶失活, 但保持组氨酸激酶区域的完整性推迟了受乙烯抑制的种苗回复到正常的生长水平, 因此激酶活性可能参与了修饰乙烯信号。

ETR1的乙烯结合功能域发生突变(etr1-1)使得受体不能结合乙烯, 从而导致显性乙烯不敏感。在etr1-1基础上缺失整个羧基端包括组氨酸激酶区和信号接受区{etr1-1(1-349)}仍然具有乙烯不敏感的表型(Gamble et al., 2002), 既然受体的羧基端通过与下游的信号组分CTR1相互作用具有信号输出的作用, 似乎很难理解整个羧基端缺失的ETR1仍然具有抑制乙烯反应的能力。一种可能性是etr1-1的氨基端可与其它受体家族成员相互作用从而维持了受体的功能(Gamble et al., 2002), 但目前尚未有不同受体之间形成异源二聚体的报道(Schaller et al., 1995)。最近, Xie等(2006)发现, 除etr1-1(1-349)外, etr1 (1-349)即ETR1 N端也能介导信号输出且依赖于类型Ⅰ受体, 但不依赖于类型Ⅱ受体。其可能机制为始于ETR1 N端的信号可通过野生型或显性受体传递给下游组分。显性受体通过其N 端与野生型受体共同引起乙烯不敏感, 野生型受体则通过N端整合受体信号, 进而抑制乙烯反应。

最近的研究发现一类进化上保守的蛋白RTE1能够在遗传上与乙烯受体相互作用并且负调控乙烯反应(Resnick et al., 2006)。RTE1是通过筛选显性的乙烯不敏感拟南芥受体突变体etr1-2的抑制子突变获得的, 该位点的功能缺失突变恢复了受体etr1-2对乙烯的敏感性, etr1/ rte1双突变体和rte1单突变体的表型与etr1功能缺失突变体表型类似, 表明ETR1功能需要有功能的RTE1。但令人惊奇的是, rtel不能抑制更强的显性突变etr1-1和其它受体基因的突变表型, RTE1仅仅特异地与ETR1相互作用可能是由于RTE1与各个乙烯受体在细胞内或细胞间的不同分布造成的。其番茄的同源基因GR (green ripe)发生功能获得性突变导致果实不能成熟(Barry and Giovannoni, 2006)。RTE1是在真核生物中普遍存在的进化保守蛋白, 暗示了其功能的保守性。计算机分析表明, 该蛋白为膜整合蛋白, 不含有任何已知的功能基序, 目前尚无任何有关该基因的生化功能报道。

在多数情况下, 信号感知或者发生在质膜上(如多肽生长因子受体), 或者在核内(如甾类荷尔蒙受体)。然而蔗糖密度梯度离心和免疫电子显微表明乙烯受体ETR1定位在内质网膜上,并且其定位不受乙烯结合影响(Li et al., 2002)。Chen等(2005)的初步结果显示ETR2、ERS1也定位在内质网膜上。目前并不确定内质网膜是否是感知乙烯的唯一位点, 或许在特异的细胞或环境条件下受体也会移动到高尔基体、质膜或液泡膜等其它膜上, 或者在不同的植物中,受体定位不同, 例如在昆虫细胞或烟草的原生质体中瞬时表达烟草的类型Ⅱ乙烯受体NTHK1-GFP融合蛋白发现其定位在质膜上(Xie et al., 2006)。乙烯受体具有不同的定位或许表明它们感知来自不同部位的乙烯或者它们参与调控不同生长、发育或胁迫进程。

２ CTR1与MAPK级联反应

乙烯受体下游是另一个负调控组分CTR1, CTR1也是第一个被克隆到的乙烯信号转导途径基因(Kieber et al., 1993)。CTR1由功能未知的氨基端和类似于哺乳动物Raf的丝/苏蛋白激酶的羧基端组成。遗传和生化研究发现没有跨膜功能域或膜附着结构的CTR1的氨基端可与内质网上的乙烯受体羧基端相互作用, 从而间接结合到内质网上形成ETR1/CTR1复合体进而负调控乙烯反应(Gao et al., 2003)。CTR1氨基端错义突变(ctr1-8), 尽管没有影响到CTR1的激酶活性, 但由于破坏了与受体ETR1的相互作用,仍表现组成型乙烯反应表型; 过量表达CTR1的

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氨基端, 由于与内源的CTR1竞争ETR1, 导致CTR1功能缺失的表型; 反之, 过量表达错义突变的CTR1(ctr1-8)氨基端, 由于不能与受体相互作用, 则不能产生组成型的乙烯反应表型, 这表明CTR1与内质网上的受体结合是实现CTR1负调控功能所必需的(Huang et al., 2003)。采用亲和层析法从内质网组分中纯化CTR1, 得到了ETR1的共纯化产物, 直接证明CTR1存在于内质网并与ETR1形成复合物(Gao et al., 2003), CTR1与受体相互作用的另外证据来自于受体的双重和三重功能缺失突变体减少了ER定位的CTR1蛋白量, 但受体的激酶活性并不为蛋白相互作用所必需(Gao et al., 2003)。体外磷酸化实验表明CTR1具有固有的丝/苏蛋白激酶活性, 活性特征类似于Raf-1, 缺失CTR1 N端并没有提高激酶活性, 表明在体外其N端并不具备自主抑制激酶活性的功能(Huang et al., 2003)。激酶活性失活的ctr1突变体导致组成型的乙烯反应表型表明激酶活性为CTR1功能所必需(Huang et al., 2003)。综合上述两方面的结果,我们不难推出CTR1的功能既依赖于其羧基端的丝/苏蛋白激酶活性, 也与其氨基端与内质网上受体的相互作用相关。ctr1的功能缺失突变导致组成型乙烯反应, 但其表型弱于受体四重功能缺失突变体的组成型乙烯反应表型(Hua et al., 1998), 此外ctr1仍然能够对乙烯产生反应(Roman et al., 1995; Larsen and Chang, 2001), 暗示拟南芥乙烯信号转导途径并不全部依赖于CTR1的活性。

CTR1的羧基端与Raf激酶类似, 而且激酶活性为其功能所必需, 暗示CTR1可能作为MAPKKK起作用。Ouaked等(2003)的实验结果发现乙烯处理能够在Medicago truncatula中快速活化MAPK激酶SIMKK(salt-stress-inducible MAPKK), 在拟南芥中快速活化MAPK6和在Medicago中快速活化SIMK和MMK3, 而且活化这些激酶依赖于功能的ETR1和CTR1,但不需要功能的EIN2。此外,在拟南芥中过量表达SIMKK导致组成型的乙烯反应也暗示那些激酶可能在乙烯信号中起作用, 这似乎已将MAPK级联反应定位于CTR1下游的信号途径中。然而, 对MAPK6的功能缺失突变体进行分析并没有发现与乙烯相关的表型(Ecker, 2004), 此外Liu和Zhang (2004)的生化实验也发现乙烯对MAPK6的激酶活性没有影响,而且在乙烯不敏感或组成型的乙烯反应突变体中, MAPK6的激酶活性也没有发生改变, 相反Liu以全面的生化、遗传和分子的证据表明MAPK6通过修饰ACS6的稳定性, 从而控制了胁迫诱导的乙烯生物合成。目前对于MAPK 是否参与乙烯信号途径尚未有定论, 因此, 仍不清楚CTR1是如何向下游传递信号的。

３ EIN2

EIN2是目前为止利用遗传学方法鉴定到的位于受体/CTR1复合物下游的乙烯信号转导途径中的第一个正调控组分, 也是乙烯信号转导途径的一个关键组分。EIN2突变导致植物对外源和内源乙烯均不敏感(Hirayama et al., 1999)。此外在其它激素如生长素、细胞分裂素和脱落酸等的突变体筛选中也获得了该基因突变的突变体(Su and Howell, 1992; Fujita and Syono, 1996)。对此有两种解释: 一是目前仅有EIN2的功能缺失突变导致了完全的乙烯不敏感; 二是EIN2参与了多个激素之间的交叉反应。EIN2编码一个膜整合蛋白, 其蛋白定位未知。对其蛋白结构进行分析表明其Ｎ端含有12个跨膜结构域, 与NRAMP蛋白家族有很高的同源性。NRAMP普遍存在于从细菌到人类的所有生物中, 其功能为转运二价阳离子, 然而目前尚未发现EIN2具有转运金属离子的能力(Hirayama et al., 1999)。EIN2 C端为亲水区, 含有一个绕线式螺旋(coiled-coil-forming helix)(参与了蛋白与蛋白之间的相互作用), 但与数据库中的其它蛋

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白相比没有序列相似性。对所鉴定到的25个EIN2等位突变体的突变位点进行分析发现其C 端的1 134位以后的氨基酸对其功能非常重要(Hirayama et al., 1999)。

与乙烯信号转导途径中的其它正调控组分不同的是, 过量表达EIN2全长及其N端并未发现组成型乙烯反应或对乙烯表现出超敏感。然而在ein2－5背景下过量表达EIN2 C端, 在成年植株中表现出组成型乙烯反应表型, 乙烯反应基因也被组成型激活。有趣的是, 上述结果仅仅发现于光下生长的转基因植物。而过量表达EIN2 C端并不能诱导黑暗生长的种苗发生三重反应。上述结果表明, EIN2 C端负责向下游传递信号, 但转基因植株中的乙烯反应基因表达不受外源乙烯的影响, 表明EIN2 N端是感受上游信号所必需的(Hirayama et al., 1999)。过量表达EIN2 C端而非全长EIN2表现了组成型的乙烯反应暗示类似于NRAMP的功能域或许控制了CEND的功能。过量表达EIN2 C端在黄化种苗的三重反应上仍然表现出完全的乙烯不敏感, 表明类似于NRAMP的功能域是乙烯介导暗形态发生所必需的。黄化种苗要求存在N端功能域才能呈现正常的三重反应以及过量表达C端能够组成型活化乙烯信号途径表明EIN2是一个“双功能信号转导组分”(bifunctional signal transducer)。目前对于EIN2如何接受上游信号并如何将其向下游传递的生化机制尚不清楚, EIN2的作用机制及其亚细胞定位仍是乙烯信号途径研究中的一个重要空白。

４ EIN3/EILs和转录调控

遗传分析表明, 在EIN2下游的乙烯信号途径是由一个植物所特有的核蛋白EIN3来介导的(Chao et al., 1997)。EIN3属于一个小的转录因子基因家族, 在拟南芥中还包括了5个EIN3类似蛋白EILs(EIN3-like proteins), 分别为EIL1－EIL5, 其中EIL1与EIN3的同源性最高(Chao et al., 1997)。过量表达EIN3或EIL1组成型活化了乙烯信号途径, 功能缺失突变EIN3或EIL1表现出部分的乙烯不敏感, 表明EIN3家族成员之间存在功能冗余(Chao et al., 1997)。虽然在ein3背景下过量表达EIL1或EIL2能够恢复ein3对乙烯的敏感性(Chao et al., 1997), 但有趣的是, ein3/eil1双突变体与ein2一样在黄化苗时期和成年植株中表现出完全的乙烯不敏感(Alonso et al., 2003a), 从而推测EIN3家族其它成员EIL2－5可能在不同组织或发育阶段参与了特异的乙烯反应, 亦或是对低浓度的内源乙烯起作用, 当然也可能与乙烯信号转导过程无关。最近, Mao等(2006)表明水稻中与EIN3同源性最高的OsEIL1也正调控了水稻的乙烯反应。

EIN3在转录水平上不受乙烯调控, 属于转录后调控基因(Chao et al., 1997)。乙烯处理能促进EIN3蛋白积累, 而一旦去除乙烯, EIN3蛋白水平迅速下降, 因此乙烯调控了EIN3蛋白的稳定性(Potuschak et al., 2003; Yang et al., 2004)。进一步研究表明两个F-box蛋白EBF1/EBF2通过泛素/26S蛋白酶体降解途径作用于EIN3蛋白, 使其迅速降解。EBF1/EBF2的任一基因缺失突变均可稳定EIN3, 增强乙烯反应, 而过量表达EBF1或EBF2则表现为乙烯不敏感, 表明EBF1和EBF2负调控乙烯反应(Potuschak et al., 2003; Gagne et al., 2004; Yang et al., 2004)。ebf1/ ebf2双功能完全缺失突变体致死, 推测是由于EIN3的过量表达造成的。目前并不确定乙烯除了在蛋白水平上对EIN3进行调控外是否对其活性还存在调控。有趣的是, 乙烯处理能够上调EBF2的转录量(Alonso et al., 2003b; Gagne et al., 2004), 表明负反馈机制参与乙烯反应, 暗示了两个F-box蛋白在乙烯信号途径中可能具有不同的作用。目前对于EBF1/EBF2降解EIN3的机制并不清楚, 一种可能机制是乙烯通过影响EBF1和EBF2的稳定性、活性、定位或泛素/ 26蛋白酶体复合物的其它组分从而导致EIN3

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的积累, 另一种可能机制是乙烯诱导EIN3发生转录后修饰, 例如磷酸化, 从而影响EBF1或EBF2与EIN3的相互作用, 进而提高EIN3的稳定性。最近的研究表明, 位于CTR1下游的乙烯信号途径组分5’→3’的外切核酸酶EIN5通过启动EBF1和EBF2的mRNA降解, 拮抗EBF1和EBF2对EIN3的负反馈调控, 导致EIN3蛋白积累, 进而引起乙烯反应(Olmedo-Verd et al., 2005)。与乙烯不同的是, 葡萄糖能够促进EIN3蛋白的降解, 而且要求存在功能的己糖激酶HXK1(hexokinase)(Yanagisawa et al., 2003)。因此, EIN3是乙烯和葡萄糖相互作用的一个交叉点。

EIN3和EIL1的表型和功能分析表明植物特异的转录因子调控了大多数乙烯反应, 因此转录控制是调控乙烯反应的主要机制(Chao et al., 1997)。研究表明EIN3能够结合到EREBPs家族成员ERF1(ethylene response factor1)的启动子上来调控该基因的转录, ERF1的启动子结合区是一个短的回文序列, 称之为EIN3结合位点(Solano et al., 1998)。ERF1又可与许多乙烯和病原诱导基因启动子的GCC-box结合, 进而调控了次级乙烯反应基因的表达(Ohme-Takagi, 1995; Solano et al., 1998)。过量表达ERF1能够部分活化乙烯反应, 表明EIN3还存在其它的靶标基因(Solano et al., 1998)。乙烯处理能够快速诱导EDF1-4的转录, 功能缺失EDF1-4导致部分乙烯不敏感(Alonso et al., 2003b), 表明EDF1-4也可能是EIN3的靶标基因, 且也仅代表乙烯反应的一个分支。既然ERF1和EDFs都为转录因子, 从而表明转录级联参与了乙烯介导的基因表达(Solano et al., 1998; Alonso et al., 2003b)。

为了更好的理解乙烯在转录水平的效应,几个研究小组在基因组水平上进行了微阵列分析(Schenk et al., 2000; Alonso et al., 2003b; de Paepe et al., 2004; Shen et al., 2004)。发现在所检查的基因中约3%－7%的基因受乙烯调控,这些基因参与了从初级代谢到防御反应等多个生理进程, 许多调控蛋白, 如转录因子、磷酸酶和激酶等也受乙烯调控(Shen et al., 2004)。此外还发现三个泛素蛋白酶和一个泛素连接酶也受乙烯诱导, 这些基因可能与EBF1/EBF2协同调控乙烯信号途径, 也可能参与调控乙烯反应进程(de Paepe et al., 2004)。乙烯也改变了其它激素如茉莉酸和生长素等调控基因的表达以及影响了茉莉酸、生长素和自身合成途径酶的编码基因的表达。de Paepe等(2004)进行了种苗对乙烯早期反应的动力学分析, 发现乙烯处理时间不同所调控的基因不同, 此外除了许多基因受乙烯诱导表达外, 还有许多基因受乙烯下调表达。总之, 基因组范围的转录分析不仅表明乙烯参与大量的生物学过程, 而且表明乙烯与其它途径相互偶联和相互反应。

５ 乙烯与其它途径的交叉反应

微阵列分析以及生理或遗传学研究表明,乙烯与生长素、光、赤霉素、茉莉酸、水杨酸、细胞分裂素、葡糖糖等途径存在着广泛的交叉反应, 它们共同参与了调控植物的生长发育和应对生物、非生物胁迫等过程。例如乙烯和生长素都与根的伸长、下胚轴的差异生长、根毛的形成和伸长等发育相关(Stepanova et al., 2005)。但目前对于多数途径之间相互联系的细节并不清楚, 下面仅就机制方面了解比较清楚的乙烯与茉莉酸、乙烯与生长素以及乙烯与光之间在乙烯反应途径的交叉作一介绍。

正如以上所述, ERF1是乙烯信号途径的一个下游组分, 其表达直接受EIN3调控, 参与乙烯介导的防御反应。最近的研究发现ERF1也调控了JA介导的防御反应(Berrocal-Lobo and Molina, 2004)。乙烯和JA介导的防御反应其中部分是通过诱导PDF1.2(Plant defensin1.2)的

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表达来实现的。在PDF1.2启动子中与ERF1结合的GCC-box也被认作为是JA反应元件(Yang et al., 2005)。与乙烯一样, JA也能快速诱导ERF1的表达, 同时施加两种激素能够协同诱导其表达(Berrocal-Lobo and Molina, 2004)。遗传实验表明ERF1的诱导表达要求同时存在两种信号途径(Berrocal-Lobo and Molina, 2004)。组成型过量表达ERF1能够拯救乙烯或JA不敏感突变体的防御缺陷(Berrocal-Lobo and Molina, 2004)。对ERF1过量表达的转基因植株进行微阵列分析也表明许多JA和乙烯反应基因都被组成型诱导(Berrocal-Lobo and Molina, 2004)。因此, ERF1是JA和乙烯介导的防御反应的一个交叉点, 但目前对于需要两种信号来活化ERF1的机制尚不清楚。

根伸长受抑制是暗培养的拟南芥种苗对乙烯的典型反应之一。最近两个根特异乙烯不敏感突变体wei2和wei7的鉴定为这一过程提供了机制上的解释(Stepanova et al., 2005)。WEI2和WEI7分别编码色氨酸生物合成途径的限速酶氨基苯甲酸盐合酶的岷外亚基, 而色氨酸及其前体是生长素生物合成的底物(Bartel, 1997)。WEI2和WEI7在根尖和幼嫩的子叶中表达, 但仅在根尖中受乙烯诱导表达, 同时根尖的生长素也积累, 但功能缺失WEI2和WEI7阻止了乙烯诱导的生长素的积累。因此乙烯对根伸长抑制途径之一是通过诱导WEI2和WEI7的转录, 从而导致拟南芥种苗根中生长素的生物合成, 最终抑制了根的伸长, 当然也可能存在其它乙烯诱导生长素生物合成的途径。

黑暗生长的种苗形成顶端弯钩有利于防止顶端分生组织在出土过程中遭受伤害(Harpham et al., 1991)。弯钩的形成是由于弯钩两侧细胞生长速率不同造成的(Silk and Erickson, 1978)。一旦见光弯钩则打开, 与之相似的是所有组成型光形态发生突变体都不具有顶端弯钩(Wei et al., 2004)。乙烯和光在调控细胞的差异生长方面起着重要作用, 以前的研究表明乙烯调控的N-乙酰转移酶基因家族成员HLS1是弯钩形成所必需的。HLS1突变导致生长素调控基因在子叶和弯钩处表达异常, 对hls1突变体的表型分析表明HLS1可阻止子叶和弯钩处的生长素诱导的细胞伸长(Lehman et al., 1996)。最近的研究表明h l s1的基因外抑制子突变即A R F2 (Auxin Response Factor2)突变导致hls1的表型部分恢复。乙烯能够引起依赖于HLS1的ARF2蛋白水平降低, 而在见光条件下, HLS1蛋白水平降低, 引起ARF2蛋白水平积累(Li et al., 2004)。这些实验结果表明乙烯和光通过作用于HLS1来修饰ARF2的蛋白水平, 进而导致细胞差异生长。ARF2是细胞差异生长的负调控因子, 而HLS1是乙烯和光调控下胚轴顶端细胞差异生长的一个交叉点。

６ 展望

过去十几年, 在乙烯信号转导方面取得了许多进展, 其基本框架已经建成, 但仍有许多问题需要解决。尤其是乙烯信号转导途径中关键组分之间相互作用的生化机制是一个具有挑战性的研究领域。具体问题包括以下几个方面: 第一, 在信号感知方面, 受体是如何感受乙烯信号, 又是如何将信号向下游传递的, 拟南芥乙烯受体家族有5个成员, 它们在乙烯信号转导中的具体作用如何; 第二, 在信号转导方面, 受体如何调控CTR1的活性, CTR1又是如何向下游传递信号的, EIN2的生物化学功能是什么; 第三, 在转录调控和乙烯反应方面, 是否所有的EILs都参与了乙烯的信号转导过程, 又是怎样行使其功能的, 乙烯怎样调控转录因子EIN3/ EILs的稳定性和活性, EIN3/EILs的稳定性和活性又是如何影响了乙烯反应, 在受乙烯诱导和抑制的几百个基因中, 有哪些基因是EIN3/ EILs的直接作用靶标, 又有哪些基因参与调控了不同的乙烯反应; 第四, 乙烯信号转导途径

539 2006安丰英等: 乙烯信号转导的分子机制

中还存在EIN6蛋白, 其分子和生化特征也需要进一步阐明。

乙烯与其它植物激素如生长素、脱落酸、细胞分裂素、水杨酸、茉莉酸和赤霉素等存在着广泛的联系, 但对激素间的相互作用的交叉点和机制了解甚少, 这也是一个重要的研究领域。

解决上述问题的方法之一是寻找乙烯信号转导途径中的新的关键组分。分离和鉴定与已知关键组分相互作用的蛋白, 并结合这些基因的功能获得型和功能缺失型突变体来研究其功能, 将有助于了解乙烯信号转导途径中的许多生物化学机制。通过遗传学方法筛选乙烯信号转导途径突变体仍是一条行之有效的方法,发展新的遗传学筛选方法, 如筛选功能获得型突变体库和在已有突变体的基础上筛选表型回复突变体, 将大大增加我们对乙烯信号转导途径的了解。此外, 由于转录调控在介导乙烯反应上起着重要作用, 因此基因组范围的基因表达研究模式将有助于深入了解这一激素的作用机制。

致谢: 诚挚感谢郭哓瑞、朱自强、陈宇涛和刘婷婷认真审阅本文并提出宝贵意见。

参考文献

Abeles, F.B., Morgan, P.W., and Saltveit, J.M.E. (1992). Ethylene in Plant Biology. 2nd edition (San Diego: Academic Press).

A l o n s o,J.M.,H i r a y a m a,T.,R o m a n,G., Nourizadeh, S., and Ecker, J.R. (1999). EIN2, a bifunctional transducer of ethylene and stress re-sponses in Arabidopsis. Science 284, 2148-2152. Alonso, J.M., Stepanova, A.N., Solano, R., Wisman, E., Ferrari, S., Ausubel, F.M., and Ecker, J.R. (2003a). Five components of the ethylene-response pathway identified in a screen for weak ethylene-insensitive mutants in Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 2992-2997.Alonso, J.M., Stepanova, A.N., Leisse, T.J., Kim, C.J., Chen, H., Shinn, P., Stevenson, D.K., Z i m m e r m a n,J.,

B a r a j a s,P.,

C h e u k,R., Gadrinab, C., Heller, C., Jeske, A., Koesema, E., Meyers, C.C., Parker, H., Prednis, L., Ansari, Y., Choy, N., Deen, H., Geralt, M., Hazari, N., Hom, E., Karnes, M., Mulholland, C., Ndubaku, R., Schmidt, I., Guzman, P., Aguilar-Henonin, L., Schmid, M., Weigel, D., Carter, D.E., Marchand, T., Risseeuw, E., Brogden, D., Zeko, A., Crosby, W.L., Berry, C.C., and Ecker, J.R. (2003b). Genome-wide insertional mutagenesis of Arabidopsis thaliana. Science 301, 653-657. Barry, C.S., and Giovannoni, J.J. (2006). Ripening in the tomato green-ripe mutant is inhibited by ec-topic expression of a protein that disrupts ethylene signaling. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, 7923-7928. Bartel, B. (1997). Auxin biosenthesis. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 48, 51-66.

Berrocal-Lobo, M., and Molina, A. (2004). Ethylene response factor 1 mediates Arabidopsis resistance to the soilborne fungus Fusarium oxysporum. Mol. Plant Microbe Interact. 17, 763-770.

Binder, B.M., Mortimore, L.A., Stepanova, A.N., Ecker, J.R., and Bleecker, A.B. (2004). Short-term growth responses to ethylene in Arabidopsis seedlings are EIN3/EIL1 independent. Plant Physiol. 136, 2921-2927.

Chang, C., and Stadler, R. (2001). Ethylene hor-mone receptor action in Arabidopsis. Bioessays 23, 619-627.

Chang, C., Clark, K., Wang, X., and Stewart, R. (1998). ‘Two-component’ethylene signaling in Arabidopsis. Symp. Soc. Exp. Biol. 51, 59-64. Chao, Q., Rothenberg, M., Solano, R., Roman, G., Terzaghi, W., and Ecker, J.R. (1997). Activation of the ethylene gas response pathway in Arabidopsis by the nuclear protein ETHYLENE-INSENSITIVE3 and related proteins. Cell 89, 1133-1144.

Chen, Y.F., Etheridge, N., and Schaller, G.E. (2005). Ethylene signal transduction. Ann. Bot. (Lond) 95, 901-915.

54023(5)

Chen, Y.F., Randlett, M.D., Findell, J.L., and Schaller, G.E. (2002). Localization of the ethylene receptor ETR1 to the endoplasmic reticulum of Arabidopsis. J. Biol. Chem. 277, 19861-19866.

de Paepe, A., Vuylsteke, M., van Hummelen, P., Zabeau, M., and van Der Straeten, D. (2004). Transcriptional profiling by cDNA-AFLP and microarray analysis reveals novel insights into the early response to ethylene in Arabidopsis. Plant J. 39, 537-559.

Ecker, J.R. (1995). The ethylene signal transduction pathway in plants. Science 268, 667-675.

Ecker, J.R. (2004). Reentry of the Ethylene MPK6 Module. Plant Cell 16, 3169-3173.

Fujita, H., and Syono, K. (1996). Genetic analysis of the effects of polar auxin transport inhibitors on root growth in Arabidopsis thaliana. Plant Cell Physiol. 37, 1094-1101.

Gagne, J.M., Smalle, J., Gingerich, D.J., Walker, J.M., Yoo, S.D., Yanagisawa, S., and Vierstra, R.

D. (2004). Arabidopsis EIN3-binding F-box 1 and 2 form ubiquitin-protein ligases that repress ethylene action and promote growth by directing EIN3 degradation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 6803-6808.

Gamble, R.L., Qu, X., and Schaller, G.E. (2002). Mutational analysis of the ethylene receptor ETR1. Role of the histidine kinase domain in dominant ethy-lene insensitivity. Plant Physiol. 128, 1428-1438. Gao, Z., Chen, Y.F., Randlett, M.D., Zhao, X.C., Findell, J.L., Kieber, J.J., and Schaller, G.E. (2003). Localization of the Raf-like kinase CTR1 to the endoplasmic reticulum of Arabidopsis through participation in ethylene receptor signaling complexes. J. Biol. Chem. 278, 34725-34732. Guo, H., and Ecker, J.R. (2003). Plant responses to ethylene gas are mediated by SCF(EBF1/EBF2)-dependent proteolysis of EIN3 transcription factor. Cell 115, 667-677.

Hall, A.E., and Bleecker, A.B. (2003). Analysis of combinatorial loss-of-function mutants in the Arabidopsis ethylene receptors reveals that the ers1

etr1 double mutant has severe developmental defects that are EIN2 dependent. Plant Cell 15, 2032-2041. Harpham, N.V.J., Berry, A.W., Knee, E.M., Rovedahoyos, G., Raskin, I., Sander, I.O., Smith, A.R., Wood, C.K., and Hall, A.E. (1991). The ef-fect of ethylene on the growth and development of wide-type and mutant Arabidopsis-thaliana (L.) Heynh. Ann. Bot. (Lond) 68, 55-61.

Hirayama, T., Kieber, J.J., Hirayama, N., Kogan, M., Guzman, P., Nourizadeh, S., Alonso, J.M., Dailey, W.P., Dancis, A., and Ecker, J.R. (1999). RESPONSIVE-TO-ANTAGONIST1, a Menkes/Wil-son disease-related copper transporter, is required for ethylene signaling in Arabidopsis. Cell 97, 383-393. Hua, J., and Meyerowitz, E.M. (1998). Ethylene responses are negatively regulated by a receptor gene family in Arabidopsis thaliana. Cell 94, 261-271. Hua, J., Sakai, H., Nourizadeh, S., Chen, Q.G., Bleecker, A.B., Ecker, J.R., and Meyerowitz, E. M. (1998). EIN4 and ERS2 are members of the puta-tive ethylene receptor gene family in Arabidopsis. Plant Cell 10, 1321-1332.

Huang, Y., Li, H., Hutchison, C.E., Laskey, J., and Kieber, J.J. (2003). Biochemical and functional analysis of CTR1, a protein kinase that negatively regulates ethylene signaling in Arabidopsis. Plant J. 33, 221-233.

K i e b e r,J.J.,R o t h e n b e r g,M.,R o m a n,G., Feldmann, K.A., and Ecker, J.R. (1993). CTR1, a negative regulator of the ethylene response pathway in Arabidopsis, encodes a member of the raf family of protein kinases. Cell 72, 427-441.

Larsen, P.B., and Chang, C. (2001). The Arabidopsis eer1 mutant has enhanced ethylene responses in the hypocotyl and stem. Plant Physiol. 125, 1061-1073. Lehman, A., Black, R., and Ecker, J.R. (1996). HOOKLESS1, an ethylene response gene, is required for differential cell elongation in the Arabidopsis hypocotyl. Cell 85, 183-194.

Li, H., Johnson, P., Stepanova, A., Alonso, J.M., and Ecker, J.R. (2004). Convergence of signaling pathways in the control of differential cell growth in

541 2006安丰英等: 乙烯信号转导的分子机制

Arabidopsis. Dev. Cell 7, 193-204.

Liu, Y., and Zhang, S. (2004). Phosphorylation of 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase by MPK6, a stress-responsive mitogen-activated protein kinase, induces ethylene biosynthesis in Arabidopsis. Plant Cell 16, 3386-3399.

Mao, C., Wang, S., Jia, Q., and Wu, P. (2006). OsEIL1, a rice homolog of the Arabidopsis EIN3 regu-lates the ethylene response as a positive component. Plant Mol. Biol. 61, 141-152.

M o u s s a t c h e,P.,a n d K l e e,H.J.(2004). Autophosphorylation activity of the Arabidopsis ethylene receptor multigene family. J. Biol. Chem. 279, 48734-48741.

Ohme-Takagi, M. (1995). Ethylene-inducible DNA binding proteins that interact with an ethylene-responsive element. Plant Cell 7, 173-182. Olmedo, G., Guo, H., Gregory, B.D., Nourizadeh, S.D., Aguilar-Henonin, L., Li, H., An, F., Guzman, P., and Ecker, J.R. (2006). ETHYLENE-INSENSI-TIVE5 encodes a 5'→3' exoribonuclease required for regulation of the EIN3-targeting F-box proteins EBF1/ 2. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 103, 13286-13293. Ouaked, F., Rozhon, W., Lecourieux, D., and Hirt, H. (2003). A MAPK pathway mediates ethylene sig-naling in plants. EMBO J. 22, 1282-1288. Potuschak, T., Lechner, E., Parmentier, Y., Yanagisawa, S., Grava, S., Koncz, C., and Genschik, P. (2003). EIN3-dependent regulation of plant ethylene hormone signaling by two Arabidopsis F box proteins: EBF1 and EBF2. Cell 115, 679-689. Resnick, J.S., Wen, C.K., Shockey, J.A., and Chang, C. (2006). REVERSION-TO-ETHYLENE SENSITIVITY1, a conserved gene that regulates ethy-lene receptor function in Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, 7917-7922.

Rodriguez-Navarro, A., and Rubio, F. (2006). High-affinity potassium and sodium transport systems in plants. J. Exp. Bot. 57, 1149-1160.

Roman, G., and Ecker, J.R. (1995). Genetic analysis of a seedling stress response to ethylene in Arabidopsis. Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 350, 75-

81.

Roman, G., Lubarsky, B., Kieber, J.J., Rothenberg, M., and Ecker, J.R. (1995). Genetic analysis of ethylene signal transduction in Arabidopsis thaliana: five novel mutant loci integrated into a stress response pathway. Genetics 139, 1393-1409. Sakai, H., Hua, J., Chen, Q.G., Chang, C., Medrano, L.J., Bleecker, A.B., and Meyerowitz, E.M. (1998). ETR2 is an ETR1-like gene involved in ethylene signaling in Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 5812-5817.

Schaller, G.E., and Bleecker, A.B. (1995). Ethylene-binding sites generated in yeast expressing the Arabidopsis ETR1 gene. Science 270, 1809-1811. Schaller, G.E., Ladd, A.N., Lanahan, M.B., Spanbauer, J.M., and Bleecker, A.B. (1995). The ethylene response mediator ETR1 from Arabidopsis forms a disulfide-linked dimer. J. Biol. Chem. 270, 12526-12530.

Schenk, P.M., Kazan, K., Wilson, I., Anderson, J. P., Richmond, T., Somerville, S.C., and Manners, J.M. (2000). Coordinated plant defense responses in Arabidopsis revealed by microarray analysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 11655-11660.

Silk, W.H., and Erickson, R.O. (1978). Kinematics of hypocotyl curvature. Am. J. Bot. 65, 310-319. Solano, R., Stepanova, A., Chao, Q., and Ecker, J. R. (1998). Nuclear events in ethylene signaling: a transcriptional cascade mediated by ETHYLENE-INSENSITIVE3 and ETHYLENE-RESPONSE-FACTOR1. Genes Dev 12, 3703-3714. Stepanova, A.N., Hoyt, J.M., Hamilton, A.A., and Alonso, J.M. (2005). A link between ethylene and auxin uncovered by the characterization of two root-specific ethylene-insensitive mutants in Arabidopsis. Plant Cell 17, 2230-2242.

Su, W., and Howell, S.H. (1992). A single genetic locus, Ckr1, defines Arabidopsis mutants in which root growth is resistant to low concentrations of cytokinin. Plant Physiol. 99, 1569-1574.

Wang, W., Hall, A.E., O’Malley, R., and Bleecker, A.B. (2003). Canonical histidine kinase activity of

54223(5)

the transmitter domain of the ETR1 ethylene recep-tor from Arabidopsis is not required for signal transmission. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 352-357.

Wei, S.C., Chen, K.S., Zhang, Y., Zhang, W.S., and Ding, J.G. (2004). Cloning and expression of ethylene receptor gene Ad-ETR1 from kiwifruit. Zhi Wu Sheng Li Yu Fen Zi Sheng Wu Xue Xue Bao 30, 681-686.

Woeste, K.E., and Kieber, J.J. (2000). A strong loss-of-function mutation in RAN1 results in constitutive activation of the ethylene response pathway as well as a rosette-lethal phenotype. Plant Cell 12, 443-455.

Xie, F., Liu, Q., and Wen, C.K. (2006). Receptor

signal output mediated by the ETR1 N-terminus is primarily subfamily Ⅰ receptors-dependent. Plant Physiol. (Epub. online).

Yanagisawa, S., Yoo, S.D., and Sheen, J. (2003). Differential regulation of EIN3 stability by glucose and ethylene signalling in plants. Nature 425, 521-525.

Yang, Z., Tian, L., Latoszek-Green, M., Brown, D., and Wu, K. (2005). Arabidopsis ERF4 is a transcrip-tional repressor capable of modulating ethylene and abscisic acid responses. Plant Mol. Biol. 58, 585-596. Zhong, G.V., and Burns, J.K. (2003). Profiling eth-ylene-regulated gene expression in Arabidopsis thaliana by microarray analysis. Plant Mol. Biol. 53, 117-131.

第三届中国民族植物学学术研讨会暨

第二届亚太地区民族植物学论坛

民族植物学是一个新兴的跨学科研究领域, 是研究与探索人和植物之间全面关系的学科, 是自然科学和社会科学相互渗透的学科。民族植物学在我国还处于初创阶段, 需要更多的关心和支持, 它的发展将必然会对我国各民族、各地区的经济发展产生重要的影响。由中国民族植物学协会(筹)主办, 江苏省中国科学院植物研究所承办的第三届中国民族植物学学术研讨会暨第二届亚太地区民族植物学论坛将于2006年11月13~15日在中国南京召开。

大会主题是民族植物学和药用植物。大会设4个专题: (1)民族植物学和药用植物; (2)传统知识的研究和应用; (3)民族植物学国内外研究进展及中国民族植物学如何走向世界; (4)民族植物学的基本理论及其他。

会议现征集论文。会议论文将择优收编于《民族植物学和药用植物》一书。论文全文要求2500～5000字, 收编的论文将收取100元发表费。请提交论文的代表务必于2006年8月10前将论文全文(包括电子文本和纸质文本形式)及发表费寄至大会秘书处。

会议具体安排:2006年11月13～14日: 民族植物学研讨会

2006年11月15日: 亚太地区论坛

联系人: 曾虹

通讯地址: 江苏省南京市中山门外前湖后村1号, 江苏省中国科学院植物研究所, 210014

电话: 025-******** 传真: 025-******** E-mail: zenghong1010@https://www.wendangku.net/doc/fa301529.html,

会议详情可从 http: //https://www.wendangku.net/doc/fa301529.html, (南京中山植物园网) 及 https://www.wendangku.net/doc/fa301529.html, (中国药材GAP 网)上查阅。

乙烯信号转导的分子机制

作者：安丰英， 郭红卫， Fengying An， Hongwei Guo

作者单位：北京大学生命科学学院植物基因工程和蛋白质工程国家重点实验室,北京,100871

刊名：

植物学通报

英文刊名：CHINESE BULLETIN OF BOTANY

年，卷(期)：2006，23(5)

被引用次数：6次

参考文献(57条)

1.Abeles F B.Morgan P W.Saltveit J M E Ethylene in Plant Biology 1992

2.Alonso J M.Hirayama T.Roman G.Nonrizadeh,S and Ecker,J.R EIN2,a bifunctional transducer of ethylene and stress responses in Arabidopsis 1999

3.Alonso J M.Stepanova A N.Solano R.Wisman,E Ferrari,S Ausu bel,F.M and Ecker,J.R Five components of the ethylene-response pathway identified in a screen for weak ethyleneinsensitive mutants in Arabidopsis 2003

4.Alonso J M.Stepanova A N.Leisse T J.Kim,C.J Chen,H Shinn,P Stevenson,D.K Zimmerman,J Barajas,P Cheuk,R Gadrinab,C Heller,C Jeske,A Koesema,E Meyers,C.C Parker,H Prednis,L Ansari,Y Choy,N Deen,H Geralt,M Hazari,N Hom,E Karnes,M Mulholland,C Ndubaku,R Schmidt,I Guzman,P Aguilar-Henonin,L Sch Genome-wide insertional mutagenesis of Arabidopsis thaliana 2003

5.Barry C S.Giovannoni J J Ripening in the tomato green-ripe mutant is inhibited by ectopic expression of a protein that disrupts ethylene signaling 2006

6.Bartel B Auxin biosenthesis 1997

7.Berrocal-Lobo M.Molina A Ethylene response factor 1 mediates Arabidopsis resistance to the soilborne fungus Fusarium oxysporum 2004

8.Binder B M.Mortimore L A.Stepanova A N.Ecker,J.R and Bleecker,A.B Short-term growth responses to ethylene in Arabidopsis seedlings are EIN3/EIL1 independent 2004

9.Chang C.Stadler R Ethylene hormone receptor action in Arabidopsis 2001

10.Chang C.Clark K.Wang X.Stewart,R Two-component' ethylene signaling in Arabidopsis 1998

11.Chao Q.Rothenberg M.Solano R.Roman,G Terzaghi,W and Ecker,J.R Activation of the ethylene gas response pathway in Arabidopsis by the nuclear protein ETHYLENE-INSENSITIVE3 and related proteins 1997

12.Chen Y F.Etheridge N.Schaller G E Ethylene signal transduction 2005

13.Chen Y F.Randlett M D.Findell J L.Schaller,G.E Localization of the ethylene receptor ETR1 to the endoplasmic reticulum of Arabidopsis 2002

14.de Paepe A.Vuylsteke M.van Hummelen P.Zabeau,M and van Der Straeten,D Transcriptional profiling by cDNA-AFLP and microarray analysis reveals novel insights into the early response to ethylene in Arabidopsis 2004

15.Ecker J R The ethylene signal transduction pathway in plants 1995

16.Ecker J R Reentry of the Ethylene MPK6 Module 2004

17.Fujita H.Syono K Genetic analysis of the effects of polar auxin transport inhibitors on root growth in Arabidopsis thaliana 1996

18.Gagne J M.Smalle J.Gingerich D J.Walker,J.M Yoo,S.D Yanagisawa,S and Vierstra,R.D Arabidopsis EIN3-binding F-box 1 and 2 form ubiquitin-protein ligases that repress ethylene action and promote growth by directing EIN3 degradation 2004

19.Gamble R L.Qu X.Schaller G E Mutational analysis of the ethylene receptor ETR1.Role of the histidine kinase domain in dominant ethylene insensitivity 2002

20.Gao Z.Chen Y F.Randlett M D.Zhao,X.C Findell,J.L Kieber,J.J and Schaller,G.E Localization of the Raf-like kinase CTR1 to the endoplasmic reticulum of Arabidopsis through participation in ethylene receptor signaling complexes 2003 21.Guo H.Ecker J R Plant responses to ethylene gas are mediated by SCF(EBF1/EBF2)-dependent proteolysis of EIN3

transcription factor 2003

22.Hall A E.Bleecker A B Analysis of combinatorial loss-of-function mutants in the Arabidopsis ethylene receptors reveals that the ers1 etr1 double mutant has severe developmental defects that are EIN2 dependent 2003

23.Harpham N V J.Berry A W.Knee E M.Rovedahoyos,G Raskin,I Sander,I.O Smith,A.R Wood,C.K and Hall,A.E The effect of ethylene on the growth and development of wide-type and mutant Arabidopsis-thaliana 1991

24.Hirayama T.Kieber J J.Hirayama N.Kogan,M Guzman,P Nourizadeh,S Alonso,J.M Dailey,W.P Dancis,A and Ecker,J.R RESPONSIVE-TO-ANTAGONIST1,a Menkes/Wilson disease-related copper transporter,is required for ethylene signaling in Arabidopsis 1999

25.Hua J.Meyerowitz E M Ethylene responses are negatively regulated by a receptor gene family in Arabidopsis thaliana 1998

26.Hua J.Sakai H.Nourizadeh S.Chen,Q.G Bleecker,A.B Ecker,J.R and Meyerowitz,E.M EIN4 and ERS2 are members of the putative ethylene receptor gene family in Arabidopsis 1998

27.Huang Y.Li H.Hutchison C https://www.wendangku.net/doc/fa301529.html,skey,J and Kieber,J.J Biochemical and functional analysis of CTR1,a protein kinase that negatively regulates ethylene signaling in Arabidopsis 2003

28.Kieber J J.Rothenberg M.Roman G.Feldmann,K.A and Ecker,J.R CTR1,a negative regulator of the ethylene response pathway in Arabidopsis,encodes a member of the faf family of protein kinases 1993

https://www.wendangku.net/doc/fa301529.html,rsen P B.Chang C The Arabidopsis eer1 mutant has enhanced ethylene responses in the hypocotyl and stem 2001

30.Lehman A.Black R.Ecker J R HOOKLESS1,an ethylene response gene,is required for differential cell elongation in the Arabidopsis hypocotyl 1996

31.Li H.Johnson P.Stepanova A.Alonso,J.M and Ecker,J.R Convergence of signaling pathways in the control of differential cell growth in Arabidopsis 2004(07)

32.Liu Y.Zhang S Phosphorylation of 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase by MPK6,a stress-responsive mitogen-activated protein kinase,induces ethylene biosynthesis in Arabidopsis 2004

33.Mao C.Wang S.Jia Q.Wu,P OsEIL1,a rice homolog of the Arabidopsis EIN3 regulates the ethylene response as a positive component 2006

34.Moussatche P.Klee H J Autophosphorylation activity of the Arabidopsis ethylene receptor multigene family 2004

35.Ohme-Takagi M Ethylene-inducible DNA binding proteins that interact with an ethyleneresponsive element 1995(07)

36.Olmedo G.Guo H.Gregory B D.Nourizadeh,S.D Aguilar-Henonin,L Li,H An,F Guzman,P and Ecker,J.R ETHYLENE-INSENSI-TIVE5 encodes a 5' → 3' exoribonuclease required for regulation of the EIN3-targeting F-box proteins EBF1/2 2006

37.Ouaked F.Rozhon W.Lecourieux D.Hirt,H A MAPK pathway mediates ethylene signaling in plants 2003

38.Potuschak T.Lechner E.Parmentier Y.Yanagisawa,S Grava,S Koncz,C and Genschik,P EIN3-dependent regulation of plant ethylene hormone signaling by two Arabidopsis F box proteins:EBF1 and EBF2 2003

39.Resnick J S.Wen C K.Shockey J A.Chang,C REVERSION-TO-ETHYLENE SENSITIVITY1,a conserved gene that regulates ethylene receptor function in Arabidopsis 2006

40.Rodriguez-Navarro A.Rubio F Highaffinity potassium and sodium transport systems in plants 2006

41.Roman G.Ecker J R Genetic analysis of a seedling stress response to ethylene in Arabidopsis 1995

42.Roman G.Lubarsky B.Kieber J J.Rothenberg,M and Ecker,J.R Genetic analysis of ethylene signal transduction in Arabidopsis thaliana:five novel mutant loci integrated into a stress response pathway 1995

43.Sakai H.Hua J.Chen Q G.Chang,C Medrano,L.J Bleecker,A.B and Meyerowitz,E.M ETR2 is an ETR1-like gene involved in ethylene signaling in Arabidopsis 1998

44.Schaller G E.Bleecker A B Ethylenebinding sites generated in yeast expressing the Arabidopsis ETR1 gene 1995

45.Schaller G https://www.wendangku.net/doc/fa301529.html,dd A https://www.wendangku.net/doc/fa301529.html,nahan M B.Spanbauer,J.M and Bleecker,A.B The ethylene response mediator ETR1 from Arabidopsis forms a disulfide-linked dimer 1995

46.Schenk P M.Kazan K.Wilson I.Anderson,J.P Richmond,T Somerville,S.C and Manners,J.M Coordinated plant defense

responses in Arabidopsis revealed by microarray analysis 2000

47.Silk W H.Erickson R O Kinematics of hypocotyl curvature 1978

48.Solano R.Stepanova A.Chao Q.Ecker,J.R Nuclear events in ethylene signaling:a transcriptional cascade mediated by ETHYLENE-INSENSITIVE3 and ETHYLENE-RESPONSE-FACTOR1 1998

49.Stepanova A N.Hoyt J M.Hamilton A A.Alonso,J.M A link between ethylene and auxin uncovered by the characterization of two rootspecific ethylene-insensitive mutants in Arabidopsis 2005

50.Su W.Howell S H A single genetic locus,Ckr1,defines Arabidopsis mutants in which root growth is resistant to low concentrations of cytokinin 1992

51.Wang W.Hall A E.O'Malley R.Bleecker,A.B Canonical histidine kinase activity of the transmitter domain of the ETR1 ethylene receptor from Arabidopsis is not required for signal transmission 2003

52.Wei S C.Chen K S.Zhang Y.Zhang,W.S and Ding,J.G Cloning and expression of ethylene receptor gene Ad-ETR1 from kiwifruit[期刊论文]-Zhi Wu Sheng Li Yu Fen Zi Sheng Wu Xue Xue Bao 2004

53.Woeste K E.Kieber J J A strong lossof-function mutation in RAN1 results in constitutive activation of the ethylene response pathway as well as a rosette-lethal phenotype 2000

54.Xie F.Liu Q.Wen C K Receptor signal output mediated by the ETR1 N-terminus is primarily subfamily I receptors-dependent 2006

55.Yanagisawa S.Yoo S D.Sheen J Differential regulation of EIN3 stability by glucose and ethylene signalling in plants 2003

56.Yang Z.Tian https://www.wendangku.net/doc/fa301529.html,toszek-Green M.Brown,D and Wu,K Arabidopsis ERF4 is a transcriptional repressor capable of modulating ethylene and abscisic acid responses 2005

57.Zhong G V.Burns J K Profiling ethylene-regulated gene expression in Arabidopsis thaliana by microarray analysis 2003

相似文献(10条)

1.学位论文谭辉外源乙烯通过调节乙烯受体和信号转导元件基因表达影响月季切花开放2005

本研究以探讨月季切花开放中乙烯受体和信号转导元件基因的表达模式为目的，进行了不同敏感性品种切花开放中乙烯受体和信号转导基因表达水平上的差异和乙烯对开放的诱导及其对乙烯受体和信号转导元件基因表达的影响的研究。

本文以乙烯促进开放的切花月季品种’Samantha’和抑制开放的’Kardinal’切花为材料，8℃下用乙烯(10ppm)及其作用抑制剂STS(2mM)处理，测定花瓣乙烯生成量，检测了乙烯受体和乙烯信号转导元件基因的表达，20℃下用乙烯(10ppm)及其作用抑制剂1-MCP(2ppm)分别对’Samantha’切花进行不同时间的连续处理，检测形态、花瓣乙烯生成量及上述基因表达的变化，将处理时间细分为6h、12h、18h和24h，分别乙烯和1-MCP处理12h或24h后，再进行24h的竞争处理。12h乙烯处理效果被24h1-MCP逆转，24h乙烯处理效果大部分能被24h1-MCP处理所逆转；12h或24h1-MCP处理后，24h乙烯处理不再产生乙烯反应。1-MCP能够逆转乙烯引起的Rh-ETR3表达的升高，但却不能逆转其它基因表达的升高。这些结果表明乙烯处理效果可被1-MCP逆转，可逆转程度与处理时间有关。

2.期刊论文余义勋.刘娟旭.刘玲.YU Yi-Xun.LIU Juan-Xu.LIU Ling花衰老相关的乙烯信号转导基因研究进展-生物技术通讯

2008,19(3)

乙烯在许多切花衰老过程中起着重要的调节作用,不同的植物乙烯信号转导组分在花衰老过程中有不同的转录调节特性.根据乙烯信号转导标准模式,通过调节乙烯信号转导基因表达能够调控花对乙烯的敏感性,深入研究乙烯信号转导机制;可能有多条途径可延缓切花衰老.综述了香石竹和月季等几种观赏植物在花衰老过程中乙烯受体和乙烯信号转导基因表达及特性.

3.学位论文王文雅钙对番茄乙烯生物合成和信号转导的调控机理及果实软化的影响2004

该文以番茄整果、外果皮圆片、番茄黄化苗为试材,采用果实圆片活体培养的方法,开展了以下几方面的研究:Ca<'2+>对绿熟期番茄果实乙烯生物合成和信号转导的影响;脱落酸和钙调素与Ca<'2+>调控乙烯生物合成的关系;Ca<'2+>与果实软化因子(多聚半乳糖全酸酶(PG)、脂氧合酶(LOX)、伸展蛋白(EXP)的关系;Ca<'2+>对番茄"黄化苗"中乙烯生物合成关键酶基因(LEACS1A、LEACO1)和信号转导组分(NR、LEERF2)的表达的影响,旨在揭示Ca<'2+>对乙烯生物合成和信号转导过程的调控机理及Ca<'2+>对果实软化的影响.该文利用Ca<'2+>处理野生型和乙烯受体突变体(Nr)番茄果实圆片,结果显示Ca<'2+>对二者乙烯释放量、乙烯生物合成关键酶及乙烯生物合成代谢产物的影响相似,这表明Ca<'2+>对乙烯的生物合成调控在绿熟期野生型和Nr突变体番茄果实中相同,即Ca<'2+>对乙烯的生物合成的调控不依赖于乙烯受体.在野生型番茄果实圆片中,Ca<'2+>的细胞化学定位研究结果显示Ca<'2+>处理果实圆片的细胞壁和细胞膜上的Ca<'2+>含量明显的高于对照果实.同时,Ca<'2+>生理抑制番茄果实圆片乙烯释放量,降低番茄果实圆片细胞膜的通透性,提高ACC含量,但对于合成ACC的关键酶—ACS活性及其基因表达无明显影响,表明Ca<'2+>可能通过降低细胞膜的透性,阻碍了ACC氧化酶(ACO)对ACC的利用.向果实圆片施加外源ACC的研究结果,进一步确认了Ca<'2+>降低细胞膜的通透性,将ACC阻隔在胞内,阻碍了ACO对ACC的利用,抑制乙烯的生物合成.同时研究表明,Ca<'2+>处理还能够抑制番茄果实圆片中ACC氧化酶基因的表达,从而抑制乙烯的产生.为了探讨ABA在Ca<'2+>调控乙烯生物合成中的作用,利用1mmol.L<'-1>ABA、50μmol.L<'-1>Fluridone(ABA生物合成抑制剂)处理野生型、乙烯受体突变体(Nr)及乙烯生物合成缺陷型(反义ACS)番茄果实圆片,并测定了Ca<'2+>处理对野生型、乙烯受体突变体(Nr)番茄果实圆片内源ABA含量的影响.100μmol.L<'-1>W5,100μmol.L<'-1>W7和CaCl<,2>一同处理野生型番茄果实圆片,结果表明钙调素抑制剂(W5、W7)能够抵消Ca<'2+>对番茄果实圆片乙烯生成的抑制作用,降低ACC的含量,改变了Ca<'2+>对LEACO1基因表达的抑制作用,而LEACS2基因表达在不同处理条件下无明显变化,这表明Ca<'2+>可能是通过钙调素来抑制LEACO1基因的表达,调控乙烯的生物合成过程.为了探讨Ca<'2+>与多聚半乳糖全酸酶(PG)、脂氧合酶(LOX)、伸展蛋白(EXP)的关系,利用不同浓度CaCl<,2>溶液处理野生型和Nr突变体番茄果实圆片.同时,LELOXB基因的表达量增加量也明显高于PG和LEEXP1.这表明,在绿熟期番茄果实中,LOX比PG和EXP对乙烯诱导更敏感.Ca<'2+>处理番茄"黄化苗"实验结果表明,在0-3.8mmol.L<'-1>的Ca<'2+>浓度范围内,LEACS1A、LEACO1、MR、LEERF2基因的表达量随Ca<'2+>浓茺上升逐渐增加.当利用AOA、Co<'2+>和Ag<'+>性抑制乙烯的生理作用后,Ca<'2+>浓度变化还能引起LEACS1A、LEACO1、NR、LEERF2基因的表达发生相拟的变化.在AOA和Ag<'+>存在或不存在条件下,EGTA均抑制LEACS1A、LEACO1、NR、LEERF2的表达.

4.学位论文徐晶宇番茄乙烯信号转导相关基因EIN3/EILs的克隆及表达研究2002

乙烯参与植物生长发育过程中的许多方面的调控,如发芽、开花、脱落和衰老等.在过去的十年中,在乙烯的感受和信号转导方面的研究取得了很大的进展,在模式植物拟南芥中

,乙烯信号转导途径的主要组分已被分离和定性,并初步建立了乙烯信号转导的遗传学模型：C<,2>H<,4>→ETR→CTR→EIN2→EIN3→ERF→乙烯反应.核蛋白EIN3和它的同源物EIN3-Like蛋白（EILs）是转录因子,它与乙烯反应因子,如ERF1结合,并启动一系列调节乙烯目标基因表达的转录级联反应.番茄中EIN3基因是乙烯信号转导途径下游的中心成员,推测

EIN3基因的表达能够活化已知的乙烯信号转导过程,启动一系列调节乙烯目标基因表达,在番茄乙烯信号转导及果实成熟衰老中发挥着重要的作用.该文从番茄中克隆EIN3同源基因,并对其表达进行了初步研究.

5.期刊论文殷学仁.张波.李鲜.陈昆松.YIN Xue-ren.ZHANG Bo.LI Xian.CHEN Kun-song乙烯信号转导与果实成熟衰老的研究进展-园

艺学报2009,36(1)

综述了乙烯信号转导途径各级别元件及其编码基因在果实成熟衰老中的研究进展,主要包括相关基因家族成员及其表达调控、成熟衰老相关乙烯信号转导途径元件的鉴别与功能分析、乙烯信号转导在果实成熟衰老进程中的调控机制等,并提出了乙烯信号转导的研究重点与方向.

6.会议论文安丰英.郭红卫乙烯信号转导的分子机制2006

气态植物激素乙烯在植物生长发育和应对生物及非生物胁迫过程中起着重要作用.在过去的十几年中,对模式植物拟南芥的分子遗传研究已建立从信号感知到转录调控的乙烯信号转导线性模型.拟南芥共有5个乙烯受体ETR1、ERS1、ETR2、ERS2和EIN4,目前已知ETR1定位在内质网上,与类似于Raf的蛋白激酶CTR1协同负调控乙烯反应.EIN2和EIN3/EILs位于

CTR1下游,正调控乙烯反应.两个F-box蛋白EBF1和EBF2通过泛素/26S蛋白体降解途径调控EIN3的稳定性.5'→3'的外切核酸酶EIN5通过启动EBF1和EBF2mRNA的降解,拮抗EBF1和EBF2对EIN3的负反馈调控.目前对于乙烯信号转导途径关键组分的生化功能和乙烯下游反应途径的了解甚少,乙烯信号转导途径与其它途径之间还存在着广泛的交叉反应,这些问题的解决将大大增加我们对乙烯信号转导途径的了解。

7.学位论文朱本忠番茄果实中乙烯信号转导组分TCTR表达调控和功能的研究2002

该课题以普通丽春番茄和转反义ACC合酶基因的乙烯合成缺陷型番茄为材料,分析番茄TCTR基因家族成员与番茄成熟、乙烯的关系,TCTR家族成员基因的激素和钙的调控模式,以及与乙烯生物合成调控的关系,研究与TCTR基因表达与磷酸化/去磷酸化的关系,以及用转基因的方法分析番茄中TCTR的功能.另外从乙烯生成、乙烯处理、乙烯作用抑制剂处理、反义ACS番茄等几个方面探讨了TCTR1、TCTR2基因与乙烯的关系.磷酸化/去磷酸化参与番茄果实中TCTR1基因表达调控.通过反义TCTR3基因向番茄植株转化的研究表明,番茄中TCTR3基因功能被抑制后,番茄植株叶片的乙烯生成也被抑制,表明TCTR3具有调控乙烯生物合成的作用.以上研究内容探讨了番茄中TCTR的成熟调控模式、乙烯调控模式、激素调控模式、钙信使调控模式、磷酸化/去磷酸化调控模式以及对乙烯物合成的影响.

8.学位论文赵相娟桃果实几个乙烯信号转导相关基因的克隆及其表达2009

乙烯是调控植物生长发育重要的气态植物激素，其生理作用最终是通过其信号转导途径实现的。肥城桃(Prunus persica‘Feicheng’)为一地方特色名产，是典型的呼吸跃变型果实，对乙烯作用极为敏感。本实验从肥城桃果实中成功克隆了与乙烯信号转导有关的4个全长基因，并在转录水平上研究了PpEILs和PpEBF1的表达特性，主要结果如下：

1.根据植物乙烯转录因子EIL(EIN3-like)家族的氨基酸和核苷酸保守区序列，设计简并引物，采用RT-PCR从成熟桃果实中分离了两个571bp的EIL同源基因片段。随后运用RACE技术，分别扩增得到了两个包含完整开放阅读框(ORF)及非编码区序列(UTR)的乙烯转录因子的cDNA，即PpEIL1和PpEIL2。它们分别为2086 bp和2557 bp，编码蛋白大小均为601个氨基酸。虽然PpEIL1和PpEIL2在氨基酸水平上的同源性仅为42％，但在N末端DNA结合功能域可高达86％。聚类分析结果表明，两者分别属于EIN3/EIL家族两类不同乙烯转录因子成员。

2.在GenBank中获得的EST序列基础上，分别通过5'RACE和3'RACE技术结合得到全长为3057 bp的PpEBF1，包含1941 bp的ORF、248 bp的5'UTR和868 bp的3'UTR，编码蛋白的分子量为68.96 kD，推测等电点为7.41。根据EST库中的核苷酸序列，设计特异引物进行PCR扩增，结果得到了1263 bp的PpERF1全长基因，包含一个708 bp的ORF。序列分析表明

，PpERF1与番茄、拟南芥、苹果和葡萄等在DNA结合功能域的约58个氨基酸中，同源性可达68.4％-100％，且在该区域中存在1个-α螺旋和3个反平行链构成的β-折叠结构。该序列与拟南芥、葡萄、豌豆等植物的氨基酸同源性为58.8％-67.5％，属于同一类ERF家族成员。

3.实时荧光定量PCR表明，在花器官及花后40天的幼果中，PpEILs和PpEBF1表达量较高，随着果实的成熟，表达量有增高的趋势；20℃时，1μl/L外源乙烯明显促进PpEILs和PpEBF1的表达，且随时间延长表达量增加：而1μl/L1-MCP处理则抑制PpEILs和PpEBF1的表达。

9.期刊论文王中凤.应铁进植物乙烯信号转导研究进展-植物生理与分子生物学学报2004,30(6)

过去10年,对模式植物拟南芥的分子遗传学研究建立了植物乙烯信号转导线性模型.乙烯结合到受体上,经一条MAPK级联反应和转录级联途径将信号转导而产生乙烯反应.拟南芥乙烯受体家族由5个成员构成,ETR1、ERS1、ETR2、ERS2和EIN4.乙烯受体包括三个结构域:乙烯结合结构域、组氨酸激酶结构域和反应调控结构域.乙烯受体定位于内质网,与CTR1协同负调控乙烯反应.ENI2、EIN3/EIL、ERF1依次位于CTR1下游,正调控乙烯反应.EIN3属于转录激活因子调控蛋白家族,受转录后调控.乙烯稳定EIN3结构,EBF1/EBF2促进EIN3分解.ERF1是转录调控因子家族成员之一,是EIN3/EIL的直接作用目标.

10.学位论文王静三种花卉乙烯信号相关基因克隆与月季RTE1表达分析2009

切花是花卉产业化生产的重要产品类型之一，是花卉市场的主导产品。但鲜切花采摘后离开母体，很快就会枯萎，失去鲜活的色泽。而乙烯是许多鲜切花最主要的致衰因子，内源或外源乙烯通过信号转导引起切花衰老反应。本论文以月季、香石竹和矮牵牛为试材，克隆乙烯信号转导相关基因，并利用半定量RT－PCR及Northern杂交等技术方法，研究其时空表达特异性，探索其在乙烯信号转导途径中的作用，进而为利用基因工程技术减少切花乙烯敏感性，抑制切花乙烯致衰，提高切花采后质量提供理论依据。同时也为深入研究植物乙烯信号转导机制提供理论和试验参考。

1.以4个月季市场主流切花品种为试材，测定其每个级别的乙烯释放量，结果表明：‘玛丽亚’、‘紫枚’、‘坦尼克’分别为类似乙烯跃变型、类似乙烯非跃变型、类似乙烯末期上升型三种类型的代表品种。

2.采用RT－PCR技术首次从切花月季、香石竹及矮牵牛中克隆得到RTE1、EIN2和EBF1基因的cDNA片段，分别命名为Rh－RTE1、Dc－RTE1、Ph－RTE1、Dc－EIN2、Rh－EBF1、

Dc－EBF1、Ph－EBF1，并用RACE法克隆得到了Rh－RTE1、Ph－RTE1、Dc－EIN2等基因的cDNA3'末端序列及Rh－RTE1基因的cDNA5'末端序列。获得Rh－RTE1基因cDNA及核DNA全长序列，其cDNA全长核苷酸序列为998bp，编码227个氨基酸，核DNA全长序列中含有一个387bp内含子。

3.利用半定量RT－PCR及Northern杂交技术，研究了不同品种、级别及不同处理的切花月季中Rh－RTE1基因表达的情况。结果表明：Rh－RTE1基因在类似乙烯跃变型切花月季品种'玛丽亚'花朵盛开期及盛开后期表达量最大；类似非跃变型'紫枚'在整个开花和衰老过程中表达量基本一样；类似末期上升型‘坦尼克’在花朵盛开后期及末期表达量明显增强。外源乙烯处理及伤处理促进Rh－RTE1基因的表达，乙烯抑制剂(1－MCP)则抑制其表达。

引证文献(6条)

1.殷学仁.张波.李鲜.陈昆松乙烯信号转导与果实成熟衰老的研究进展[期刊论文]-园艺学报 2009(1)

2.苏谦.安冬.王库植物激素的受体和诱导基因[期刊论文]-植物生理学通讯 2008(6)

3.邱志坚.刘文哲棉花色素腺体研究进展[期刊论文]-鲁东大学学报（自然科学版） 2008(2)

4.孔妤.王忠.顾蕴洁.汪月霞植物根内通气组织形成的研究进展[期刊论文]-植物学通报 2008(2)

5.冯莹.刘青林乙烯受体ETR1基因同源性分析及乙烯敏感性与植物采后寿命的关系[期刊论文]-分子植物育种 2007(6)

6.徐纪明.向太和三种模式植物性别决定的研究进展(综述)[期刊论文]-亚热带植物科学 2007(2)

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