植物乙烯信号转导研究进展

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.     

乙烯的生物合成与信号传递

乙烯是气体植物激素,它在植物的生长发育过程中有很多作用。所以了解乙烯的生物合成及其信号转导是非常重要的。二十年来,通过筛选有异于正常三重反应的突变体,人们发现了乙烯信号转导的粗略轮廓。在拟南芥中,有5个受体蛋白感受乙烯,ETR1、ERS1、ETR2、ERS2、EIN4。它们表现出功能冗余,是乙烯信号的负调控因子,在植物体内以二聚体的形式存在。ETR1的N端与乙烯结合时需要铜离子（Ⅰ）的参与。尽管已经发现ETR1有组氨酸激酶活性,而其它受体有丝氨酸/苏氨酸激酶活性,但受体参与乙烯信号转导的机制还不是很清楚。受体与Raf类蛋白激酶CTR1相互作用,CTR1是乙烯反应的负调控因子。CTR1蛋白失活使EIN2蛋白活化。EIN2的N端是跨膜结构域,与Nramp家族金属离子转运蛋白的跨膜结构域类似。EIN2的C端是一个新的未知结构域,与乙烯信号途径的下游组分相互作用。EIN3位于EIN2的下游,EIN3和EILs诱导ERF1和其它转录因子的表达,这些转录因子依次激活乙烯反应目的基因的表达,表现出乙烯的反应。EIN3受到蛋白酶体介导的蛋白降解途径的调节。由于乙烯是一种多功能的植物激素,其信号途径与其它信号途径有多重的交叉。     

乙烯的生物合成与信号传递

乙烯是气体植物激素, 它在植物的生长发育过程中有很多作用。所以了解乙烯的生物合成及其信号转导是非常重要的。二十年来, 通过筛选有异于正常三重反应的突变体, 人们发现了乙烯信号转导的粗略轮廓。在拟南芥中, 有5个受体蛋白感受乙烯, ETR1、ERS1、ETR2、ERS2、EIN4。它们表现出功能冗余, 是乙烯信号的负调控因子, 在植物体内以二聚体的形式存在。ETR1的N端与乙烯结合时需要 铜离子(Ⅰ)的参与。尽管已经发现ETR1有组氨酸激酶活性, 而其它受体有丝氨酸/苏氨酸激酶活性, 但受体参与乙烯信号转导的机制还不是很清楚。受体与Raf类蛋白激酶CTR1相互作用, CTR1是乙烯反应的负调控因子。CTR1蛋白失活使EIN2蛋白活化。EIN2的N端是跨膜结构域, 与Nramp家族金属离子转运蛋白的跨膜结构域类似。EIN2的C端是一个新的未知结构域, 与乙烯信号途径的下游组分相互作用。EIN3位于EIN2的下游, EIN3和EILs诱导ERF1和其它转录因子的表达, 这些转录因子依次激活乙烯反应目的基因的表达, 表现出乙烯的反应。EIN3受到蛋白酶体介导的蛋白降解途径的调节。由于乙烯是一种多功能的植物激素, 其信号途径与其它信号途径有多重的交叉。     

乙烯信号转导的分子机制

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。     

乙烯信号转导的分子机制

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。     

乙烯受体差异性协作与Raf-like蛋白CTR1负调控的乙烯信号转导

以拟南芥为模式植物研究植物激素乙烯信号转导,在过去20年来取得了长足进展,并以遗传学与生物化学为基础建立了一个线性的信号转导途径模型．虽然这个模型基本上解释了乙烯信号组分参与的信号传递过程,但是,其中仍然存在若干问题亟待进一步研究．例如,上游的多个乙烯受体家族成员与CONSTITUTIVETRIPLE—RESPONSE1蛋白如何协同作用,下游的ETHYLENEINsENsITIVE2（EIN2）如何将乙烯信号传递给转录激活因子EIN3,以及是否存在其他的信号途径调控乙烯反应等．本文将着重阐述不同乙烯受体家族成员的协作对乙烯信号途径的差异性调控,植物利用多个乙烯受体感受乙烯的生物学意义,以及乙烯受体除了通过CTR1蛋白调节EIN2功能外,是否还存在其他的信号转导途径．     

拟南芥LTP2参与乙烯信号转导调控的初步研究

以野生型拟南芥(Col-0)与脂质转运蛋白(LTP2)突变体ltp2为试验材料,初步研究了LTP2对乙烯信号转导的影响。采用乙烯前体1-氨基环丙烷羧酸(ACC)处理野生型与突变体材料,结果表明,LTP2基因的表达受乙烯诱导,"三重反应"的表型显示突变体ltp2对乙烯的敏感性弱于野生型。采用荧光定量PCR(Real-time PCR)进一步分析了LTP2基因的功能缺失突变对乙烯信号转导相关基因(RTE1、ETR1、CTR1、EIN2和EIN3)、乙烯响应因子基因(ERF1、ERF2和ERF9)以及乙烯相关蜡质合成酶基因(CER3和CER6)表达的影响。无ACC处理时,ltp2突变体中ETR1、EIN2、ERF1、ERF2、ERF9和CER6等基因表达量均高于野生型,而EIN3和CER3基因的表达量则略低于其野生型。在ACC处理后,ltp2突变体中RTE1表达量仅为野生型的一半左右,CTR1与CER3的表达量高于野生型,3种乙烯响应因子基因(ERF1、ERF2和ERF9)的表达量均低于野生型。以上结果表明,LTP2参与了乙烯信号转导的调控。     

植物激素乙烯作用机制的最新进展

气体植物激素乙烯在植物生长发育及应对胁迫的防御反应中起重要调控作用．通过20多年的研究,利用模式植物拟南芥,勾画出一条自内质网膜受体至细胞核内转录因子的线性乙烯信号转导通路．本文概述了研究乙烯信号转导的方法及乙烯信号转导的基本过程;阐述了最新发现的乙烯信号从内质网膜传递到细胞核的分子机制,即原本定位于内质网膜上的EIN2蛋白其C端被剪切之后进入细胞核,然后通过抑制EBF1／2而稳定转录因子EIN3／EIL1;根据最近多个小组报道EIN3／EIL1直接调控除乙烯响应基因之外的其他生物学过程相关基因,提出了EIN3／EIL1可以作为网络节点整合多条信号通路的新观点;通过分析不同信号通路调控EIN3／EIL1的方式,发现不仅EIN3／EIL1的蛋白稳定性受到调控,而且其转录活性还受到诸如JAZ,DELLA等转录调节因子的调控．本文展望了未来乙烯信号转导通路的研究方向与研究热点．     

乙烯调控植物耐盐性的研究进展

乙烯具有复杂的生物学功能,它调节着植物生长发育和许多的生理生化过程。乙烯也被认为是一种胁迫应答激素,直到近几年关于乙烯生物合成及信号转导途径与植物盐胁迫的关系才逐渐被挖掘出来。乙烯在不同水平、层次参与盐胁迫反应,包括乙烯合成关键酶(ACS)和乙烯受体,细胞质中CTR1和EIN2以及细胞核中EIN3传导、响应盐信号。但是乙烯合成和信号转导途径在植物盐胁迫响应过程中仍然存在许多未解决的问题。主要介绍乙烯合成及信号转导途径的各组分与盐胁迫关系的最新研究进展,并讨论其存在的主要问题。     

植物SAR和ISR中的乙烯信号转导网络

乙烯作为重要的信号分子在植物SAR和ISR中发挥重要作用。受病原物和其它激发子处理后,植物体内乙烯被合成,为内质网上一个His激酶类受体家族(Ⅰ型和Ⅱ型)所感知,在铜离子的转运活性下,乙烯与受体的结合使Raf-类Ser/Thr激酶CTR1失活。在CTR1的下游,EIN2、EIN3、EIN5/AIN1、EIN6、EIN7是乙烯反应的正调节子,负责乙烯信号的传导。EIN2编码功能未知的新的膜整合蛋白,而EIN5/AIN1、EIN6和EIN7尚未从分子水平上进行鉴定。定位在核内的DNA结合蛋白EIN3,直接作用于ERF1,调节乙烯反应基因的转录,激活植物防御素和病程相关蛋白基因的表达,使植物建立抗病性反应。     

Ethylene and vegetative development

The past decade has witnessed a tremendous increase in our understanding of the role of ethylene in plant development. Genes encoding enzymes of the ethylene biosynthesis pathway have been isolated, allowing the manipulation of endogenous ethylene levels in intact plants. In parallel, a collection of ethylene mutants was obtained by using a simple response assay. This resulted in the identification of several genes involved in ethylene signal transduction. The data obtained using these new tools have allowed long-standing hypotheses to be tested, while gaining novel insight into the function of ethylene in development. Recent molecular evidence supported the existence of an intense hormonal cross-talk during plant growth. Numerous processes are controlled by ethylene in a close interaction with auxin, and often it was impossible to differentiate between auxin and ethylene effects. Molecular-genetic tools are now allowing the dissection of these interactions. Ethylene does not seem essential for many developmental processes. Nevertheless, it is of crucial importance for survival in most species as it occupies a key position in the developmental response mechanisms of plants under mechanical stress.     

拟南芥乙烯信号传递途径

植物激素乙烯早在一百多年前就已经被确认,相关的研究使得乙烯广泛地被应用于农业上.一直到十年前第一个植物激素乙烯受体拟南芥ETR1基因被发现之后,人们对于乙烯信号传递的研究并才真正开始有所突破.以遗传学为基础对乙烯反应突变体所做的分析,使得乙烯信号传递已经成为目前植物信号传递领域中被研究得最清楚的信号传递途径之一.该文着重于回顾乙烯信号传递途径上各个元件的发现和确认,以及如何利用遗传学的方法将现有的突变体相关基因构建出目前广为接受的信号传递的遗传模式.最后,该文就目前所知的乙烯信号传递理论及相关研究,做了总结和深入的讨论.     

乙烯受体在果实成熟及花衰老中的研究进展

乙烯受体是乙烯信号转导网络的第一个转导元件,通过调控受体基因的表达,可以调节植物对乙烯的敏感性,以调控果实的成熟及花衰老进程的响应。随着人们对乙烯受体研究的深入,乙烯受体突变体及受体抑制剂在采后果实和切花保鲜上的应用已受到广泛关注。就近年来关于乙烯受体的相关研究进展进行综述,重点介绍了乙烯受体的分子调控机制及乙烯受体在果实成熟和花衰老中的应用,并对今后乙烯受体的研究方向作了展望,以期为进一步研究提供参考。     

苎麻内源乙烯含量的时空分布研究

采用气相色谱法测定苎麻茎尖、上花芽（上部花芽）、中花芽（中部花芽）、下花芽（下部花芽）、上叶、中叶、下叶、雌花,雄花的乙烯含量及不同时期茎尖乙烯含量．结果表明：乙烯在苎麻体内分布总趋势是自上而下依次减少,上中部器官乙烯含量大于下部器官,其中茎尖和叶片乙烯含量大于花芽,性别表现为雌性的苎麻在茎尖、叶和花芽中的乙烯含量都大于性别表现为两性的苎麻,乙烯在雌花中的含量高于在混合花和雄花中的含量,不同部位花器官乙烯含量分布趋势与叶片的分布趋势相同,都是上部高,下部低．二麻期苎麻茎尖的乙烯含量大于三麻期,而性别决定前期的苎麻茎尖乙烯含量小于性别决定后期．最后对乙烯与苎麻的性别决定进行了讨论．     

Ethylene binding sites in higher plants

A review of work carried out on ethylene binding in higher plants is presented. The use of radio-labelled displacement assays has identified specific ¹⁴C-ethylene binding in all tissues so far studied. virtually all higher plants studied contain at least two classes of ethylene binding site, one of which fully associates and dissociates in about 2 h and a class of sites that takes up to 20 h to become fully saturated. Although the types of site differ in their rate constants of association they have similar and high affinities for ethylene.A series of Arabidopsis thaliana mutants shown to vary in sensitivity to ethylene have been analysed for ¹⁴C-ethylene binding. One mutant, eti 5, which was shown to be unaffected by ethylene concentrations of up to 10,000 L L^–1 was also shown to exhibit reduced binding. In vivo and in vitro studies on pea have shown that ethylene binding can be detected in this tissue. In vitro studies have shown that both membrane and cytosolic fractions contain measurable amounts of ethylene binding. Interestingly, cytosolic ethylene binding consisted only of the fast associating/dissociating type.Developing cotyledons of Phaseolus vulgaris contain a higher concentration of ethylene binding sites that other tissues and only contain the slow dissociating component. These facets have allowed the purification of ethylene binding protein(s) (EBP) from this tissue. The proteins which bind ethylene can be resolved into two bands of 26 and 28 kDa on semi-denaturing PAGE and the proteins appear to be single entities on a 2-D gels.Data will be presented which indicate a possible role for heterotrimetric G-proteins in the early stages of the ethylene signal transduction pathway.     

生长素与乙烯信号途径及其相互关系研究进展

长期的研究表明,生长素在调节植物生长发育的各种生理活动中起关键作用,但对它如何调控这些生理活动却缺乏系统和深入的了解。最近,细胞核内生长素信号途径的发现为揭示其作用机制带来了曙光。乙烯参与果实成熟及植物对逆境的反应等生理活动,其信号途径也已得到部分阐明。越来越多的证据表明,乙烯的作用与生长素对植物生长发育的调控之间有密切的联系。该文概述了生长素与乙烯信号途径的研究进展及其相互关系,讨论了生长素在植物三重反应中的作用;并对生长素与乙烯相互关系研究中存在的问题及研究前景进行了探讨。