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。     

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。     

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.     

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．     

高等植物EIN3/EILs转录因子研究进展

Ethylene-insensitive3(EIN3)和EIN3-like(EIL)蛋白是乙烯信号转导途径中重要的核转录因子。目前已经从多种高等植物中分离得到EIN3/EILs,其属于一个小的转录因子家族。这类转录因子在氨基酸序列N端高度保守,包括酸性氨基酸区、脯氨酸富集区、碱性氨基酸簇等涉及DNA结合的重要结构域,它们通过直接结合到初级乙烯反应元件(PERE)上来调节相关基因的表达。EIN3/EILs转录因子家族不同成员在不同物种间时空表达特性、表达调控模式等均有所差异,各成员主要参与调节植物对乙烯的反应,包括影响幼苗的"三重反应"、植株的生长发育等,并作为乙烯与其他信号间交叉点发挥重要作用。就近几年关于高等植物EIN3/EILs转录因子的研究进展进行综述,以期为后续研究提供理论依据。     

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．     

Nitric Oxide Regulates Dark-Induced Leaf Senescence Through EIN2 in Arabidopsis

The nitric oxide (NO)-deficient mutant nos1/noa1 exhibited an early leaf senescence phenotype. ETHY-LENE INSENSITIVE 2 (EIN2) was previously reported to function as a positive regulator of ethylene-induced senescence. The aim of this study was to address the question of how NO interacts with ethylene to regulate leaf senescence by characterizing the double mutant ein2-1 nos1/noa1 (Arabidopsis thaliana). Double mutant analysis revealed that the nos1/noa1-mediated, dark-induced early senescence phenotype was suppressed by mutations in EIN2, suggesting that EIN2 is involved in nitric oxide signaling in the regulation of leaf senescence. The results showed that chlorophyll degradation in the double mutant leaves was significantly delayed. In addition, nos1/noa1-mediated impairment in photochemical efficiency and integrity of thylakoid membranes was reverted by EIN2 mutations. The rapid upregulation of the known senescence marker genes in the nos1/noa1 mutant was severely inhibited in the double mutant during leaf senescence. Interestingly, the response of dark-grown nos1/noa1 mutant seedlings to ethylene was similar to that of wild type seedlings. Taken together, our findings suggest that EIN2 is involved in the regulation of early leaf senescence caused by NO deficiency, but NO deficiency caused by NOS1/NOA1 mutations does not affect ethylene signaling.