PuEIN3调控南果梨果实成熟过程中乙烯合成的分子机制

The ‘Nanguo’pear(Pyrus ussuriensis) fruit is typically climacteric, and the ripening process of climacteric fruit is mainly controlled by ethylene. Previously, we found that the expression of PuACS1 increased during fruit ripening and could be induced by ethylene; both PuEIN3 and PuERF2 could interact with the promoter of PuACS1, and PuEIN3 could interact with PuERF2. Based on these results, by using yeast one hybrid, Luc reports experiment and EMSA, we are going to prove PuEIN3 could regulate the transcription of PuACS1 directly; on the other hand, we are going to use Pull down, CoIP to study whether the interaction between PuEIN3 and PuERF2 could influence PuACS1 transcription. Finally we aim to clarify how PuEIN3 regulate ethylene biosynthesis by regulating the expression of PuACS1. Our research will be useful for understanding pear ripening and provide evidence for regulating fruit ripening at the molecular level.

‘南果梨’是典型的呼吸跃变型果实，其成熟过程主要受乙烯信号转导途径调控。申请者前期研究发现，乙烯合成关键基因PuACS1的表达量在‘南果梨’贮藏过程中逐渐升高，且受乙烯的诱导；PuEIN3和PuERF2均能够与PuACS1的启动子结合，并且PuEIN3与PuERF2在蛋白水平互作。本研究拟利用酵母单杂交、荧光素酶报告基因实验、EMSA等手段验证PuEIN3直接调控PuACS1的转录；利用Pull down、免疫共沉淀等方法，验证PuEIN3与PuERF2互作是否影响PuACS1的转录。通过上述研究，探明PuEIN3通过PuACS1调控‘南果梨’果实乙烯合成的分子机制。研究结果有助于深入了解‘南果梨’果实成熟过程，为从分子水平上调控果实成熟提供更多基因储备。

‘南果梨’是典型的呼吸跃变型果实，其成熟过程主要受乙烯调控。果实中乙烯的合成受合成途径中功能基因以及信号转导途径中相关结构基因和转录因子的调控。ACS(ACC synthase)是乙烯合成的关键酶，在乙烯合成以及果实成熟过程中起着重要作用。EIN3(Ethylene Insensitive 3)是乙烯信号转导途径的重要转录因子，但是EIN3能否调控ACS的表达进而调控乙烯合成并未见报道。在本项目中，我们系统研究了PuEIN3通过调控PuACS1的表达进而调控乙烯合成的分子机制。通过一系列分子生物学实验手段，阐明了PuEIN3与乙烯合成关键基因PuACS1以及信号转导途径关键基因PuERF2之间的转录调控关系，最终发现PuEIN3通过以下两条途径促进梨果实乙烯的合成：①PuEIN3直接与PuACS1的启动子结合并促进其转录；②PuEIN3与PuERF2的启动子结合促进其转录，PuERF2进一步促进PuACS1的转录。以上研究结果明确了PuEIN3在梨乙烯合成过程中的机制，是‘南果梨’成熟理论研究的创新，为从分子水平调控果实成熟软化过程提供新的理论依据。此外，在模式植物的研究中表明EIN3主要受泛素化作用的调节。我们同时克隆了‘南果梨’泛素化相关的PuEBF1和PuEBF2，并对其与PuEIN3的互作关系展开研究。结果发现，PuEIN3能够与PuEBF1/2在蛋白水平互作，证明PuEIN3同样受泛素化水平的调控。这一发现更加完善了PuEIN3在梨乙烯合成中的作用机制。