拟南芥乙烯不敏感受体输出信号机理的研究

摘要：目前发现拟南芥中有五个乙烯受体，遗传分析揭示"五个乙烯受体功能冗余的负调节乙烯反应"。遗传冗余性使得我们无法分析单个受体蛋白的功能。我们前期的工作构建了多个受体多突变体，通过乙烯反应表型分析，生理实验，以及分析乙烯反应的marker基因表达，我们发现受体ERS1具有双重调节乙烯反应的功能。此外，不同的多突变体的获得使得研究单一受体的功能成为可能。etr1-1与ers1-1是两个乙烯不敏感突变，我们进一步的研究发现etr1-1可以不依赖其它受体输出信号，ers1-1则需要与其它受体协同作用才能够介导乙烯信号，暗示受体之间的互作存在专一性和特异性。这一结果，更加支持了我们提出的受体之间存在差异性协作的理论，也为受体能够形成复合体的生化证据提供了功能上的解释。本计划将通过系统的遗传分析，转基因分析以及化学试剂的运用，通过对乙烯受体一对一的研究，进一步揭示受体互作的专一性和特异性。

一直以来，由于拟南芥中存在五个功能冗余的乙烯受体，所以使得研究单个受体的功能变得困难。现有的关于单个受体功能的报道也都是非传统的乙烯反应，比如ETR1对于nutation的特殊作用，ETR2对于表皮毛分支的作用。Shaller实验室的研究结果表明,乙烯受体以复合体的形式存在,但是受体复合体存在的生物学意义,仅仅依靠生化实验并不能给出答案。.我们将三个乙烯不敏感突变受体基因etr1-1, ers1-1和ers1C65Y引入到受体多突变体背景下,从遗传的角度分析受体输出信号与受体复合体的关系,揭示了不同受体之间一一对应的协同作用关系,从而探讨受体复合体存在的生物学意义。 .我们的研究表明, etr1-1, ers1-1和ers1C65Y与其它野生型受体的协同作用存在很大差异,其中etr1-1可以不依赖其他受体, 独自抑制乙烯反应; ers1-1的信号输出依赖于其它野生型受体,且依赖程度存在差异:ETR1和EIN4与ers1-1的协同能力最强,可以最大程度上帮助ers1-1抑制乙烯反应,ERS2和ETR2次之,ERS1与ers1-1的协同能力最差,两者作用并不能抑制乙烯反应;对于ers1C65Y来说,ETR1和EIN4的作用非常重要,这两个受体缺失之后, ers1C65Y便丧失了抑制乙烯反应的能力。这些结果暗示,乙烯不敏感受体与不同的野生型受体组合在一起,信号输出能力不同,从而其抑制乙烯反应的能力也不同。所以,我们提出了一个关于乙烯受体以复合体的形式感受乙烯,输出信号的模型。受体以复合体的形式行使功能,受体之间存在复杂的协同作用。协同作用强的受体复合体, 其信号输出强,抑制乙烯反应的能力也强;协同作用弱甚至有负协同的受体复合体,其输出信号的能力也弱。正是由于形成了这些协同能力不同的受体复合体,才让植物可以感受外界环境中不同浓度的乙烯,从而调节乙烯反应。 .我们还发现ein4-1,ers2-1和etr2-1在ers1 etr2 ein4 ers2(ETR1),etr1 etr2 ein4 ers2(ERS1)背景下的转基因植株表现出乙烯不敏感的特性。但是,将ein4-1,ers2-1和etr2-1引入etr1 ers1背景时则发现,转基因植株丧失了对乙烯的耐受性。这一结果暗示乙烯第二亚家族不敏感突变受体输出信号是依赖于第一亚家族受体的，乙烯受体之间存在复杂的协同作用