乙烯受体调控因子的基因功能和分子机制研究

As a gas hormone ethylene directly regulates plant growth and development, fruit ripening, organ senescence and plant stress responses. People has had put much effort in the studies of plant ethylene responses and signaling, and cloned some important components of the ethylene signaling pathway. However, only limited information is available about their molecular regulations. Our studies uncovered new ethylene receptor regulators, and the preliminary analysis suggested that they play crucial roles in the regulation of ethylene responses and signaling. Among them, RTE4 will be studied by using different approaches, including the genetic study of the mutants in ethylene signaling pathway, the functional analysis by gene knock-out or over-expression, the regulation of gene expression, the protein stability and subcellular localization, the gene interactions and the molecular mechanism underlying the regulatory functions. These studies would provide new materials for the ethylene receptor regulation and greatly advance our understanding of the ethylene receptor regulation and signaling, and potentially benefit us from the improvement of the economic plants.

乙烯作为气体激素直接参与调节植物的生长发育，果实成熟，器官衰老以及植物响应逆境胁迫的生物学反应等。长期以来人们投入大量精力研究植物的乙烯反应以及乙烯信号转导，克隆了乙烯信号传导途径中的一些重要的组分。但是，人们对它们的分子调控及作用机制所知甚少。据此，我们围绕乙烯受体ETR1的分子调控，克隆了新的调控因子, 初步分析表明它们在乙烯受体的信号转导中起关键的调节作用。本课题着重研究其中的RTE4和相关基因的功能和分子作用机制：通过突变体遗传分析了解在乙烯信号传导途径中的调控目标和作用；通过基因剔除或过量表达分析对植物乙烯反应的影响；研究调控因子的蛋白定位及稳定性、基因结构的功能及分子互作；同时对调控因子的分子作用机理进行探索分析。这些研究无疑对了解乙烯受体的分子调控和信号转导提供新材料，为依据乙烯反应创制植物新种质资源奠定科学基础。

乙烯作为植物激素直接参与调节植物的生长发育、果实成熟、器官衰老及抗逆性。虽然人们对植物的乙烯反应和乙烯信号传导通路进行了广泛研究，但对其分子调控机制所知甚少。本课题围绕乙烯受体ETR1的分子调控，对新调控因子RTE4/CPR5、RTH、LTP1在乙烯反应和乙烯信号转导中的分子功能和作用机制进行了研究。通过乙烯不敏感突变体etr1-2的遗传诱变、双突变体筛选，克隆了新的调控因子RTE4/CPR5。研究发现，RTE4/CPR5与乙烯受体ETR1结合，并通过ETR1受体在乙烯信号转导中起调控作用。与RTE4/CPR5的调控模式不同，RTE1的同源蛋白RTH则不能与ETR1受体结合，但能通过与RTE1蛋白结合在乙烯信号转导中发挥作用。通过互作蛋白分子筛选、鉴定及分析，发现脂类转移蛋白LPT1也能与调控因子RTE1或RTE4/CPR5互作并参与乙烯信号转导调控，但LTP1不能直接与乙烯受体ETR1结合。这些研究围绕乙烯受体ETR1，通过遗传杂交分析了调控因子RTE1、RTE4/CPR5、LTP1、RTH在调控乙烯信号转导中的靶标分子；利用双分子互补（BiFC）及酵母双杂交（Y2H）分析了ETR1受体与调控因子之间的蛋白互作模式；通过基因敲除或过量表达研究它们在乙烯反应及乙烯信号转导中的分子功能。综合这些研究结果表明，调控因子RTE1、RTE4/CPR5分别通过与乙烯受体ETR1结合调控乙烯信号转导，而LTP1、RTH则通过与调控因子RTE1、RTE4/CPR5结合形成新的复合蛋白调控子参与乙烯受体ETR1的信号转导调控。这些研究为人们深入了解乙烯信号转导的分子调控机制提供了新材料，也为利用植物的乙烯反应改良作物品质奠定了理论基础。