EIN2介导葡萄糖-TOR信号通路调控植物生长和发育的分子机制

To survive and growth, sessile plants have developed sophisticated internal signaling networks that respond to various external and internal signal cues. How plants can integrate and distinguish these highly intertwined signaling networks remains largely enigmatic. Interestingly, we discovered a novel role of EIN2 (ethylene-insensitive2) in the glucose-TOR (target-of-rapamycin) energy signaling network, beyond its known role in ethylene hormone signaling. TOR can interact and phosphorylate EIN2 directly. In this study, we propose to further analyze the relationship between glucose, ethylene, TOR and EIN2; examine the global transcriptome network and identify the novel genes regulated by glucose-TOR-EIN2; and explore the underlying mechanism how EIN2 orchestrates glucose-TOR mediated plant growth and development. The proposed studies will provide an example how plants are able to harmonize various nutrient and hormonal cues to fine tune plant growth, proliferation, and development.

由于固着生长不能随意移动，植物进化出了一套比动物更为复杂的信号传递机制以适应环境变化，整合内、外源信号，调整生长策略，从而更好地适应环境，完成世代交替。这些不同信号如何相互影响？植物如何协调不同信号响应和输出？这些问题还亟待研究和阐明。本项目的前期研究发现植物激素乙烯信号通路必须元件，EIN2，是雷帕霉素靶蛋白（TOR）激酶的直接底物并介导了葡萄糖信号通路对植物生长发育的调控。本项目拟在此基础上进一步探索葡萄糖、乙烯、TOR和EIN2的相互关系及其调控机理；深入解析EIN2介导葡萄糖-TOR信号通路调控植物生长和发育的具体机制；发掘出受葡萄糖-TOR-EIN2调控的新基因并探索其功能;并建立外源光照产生的糖信号和内源激素乙烯信号协同调控植物生长发育的分子及生化机制。这些研究结果将帮助进一步深入了解内外源信号是如何协同调控植物生长发育这一关键科学问题。

营养信号感受、转导和调控生长的机制是植物研究领域的关键科学问题之一。本项目聚焦雷帕霉素靶蛋白（TOR）介导的葡萄糖能量信号调控，通过创建全新植物TOR研究体系，取得了一系列创新性成果，从多层次解析了葡萄糖—TOR能量信号和多种植物激素以及氮素营养交叉互作调控植物生长的分子机制。1）发现了葡萄糖—TOR能量信号调控转录组重编程的新通路，解析了葡萄糖和乙烯通过EIN2中的“磷酸化密码”差异化调控植物生长的分子机制；（2）阐释了葡萄糖—TOR能量信号和生长素和生物钟协同调节植物生长的机制；（3）解析了碳氮营养协同促进茎叶生长的分子机制，阐明了根茎组织对氮营养胁迫不同响应的内在机理。这些研究为作物的遗传改良提供了可能的分子靶点。相关成果发表在Nature、、Developmental Cell、PNAS等高影响力期刊，并被专文评述、Faculty Opinions推荐、入选ESI高被引论文。