脱落酸调控乙烯生物合成的分子机制

乙烯和脱落酸(ABA)互作影响着植物生长发育和胁迫应答，剖析乙烯合成及其信号传导是诠释乙烯和ABA互作的前提，而乙烯合成的调控，特别是ABA在乙烯合成中的调控作用是一个尚不清楚的科学问题。本实验室研究发现，乙烯反应因子(ERF)转录调控乙烯合成基因表达和乙烯产量，且ABA促进ERF介导的乙烯合成但抑制过量生成突变体中的乙烯产量，表明ABA是乙烯合成的重要调控子。为了探讨ABA调控乙烯合成的机理，我们以ABA不敏感和乙烯合成增加为筛选标志，从EMS诱导突变的拟南芥突变体库中筛选鉴定到19个ABA调控乙烯合成(ARES)的突变体、并定位克隆了其中6个ARES基因。本项目拟在以上研究基础上，通过图位克隆更多的ARES基因，剖析ARES间的关系及其对乙烯合成相关基因表达和乙烯合成的调控作用；结合ARES调控的基因表达谱分析，阐明ARES作用的靶基因及其调控的分子途径，为农作物抗逆育种奠定基础。

鉴于乙烯和ABA在种子萌发和生长中的拮抗作用，为了剖析ABA调控乙烯生物合成(ARES)的重要基因，利用拟南芥Col-0 EMS突变体库以及ABA信号传导相关突变体，我们获得了56个ARES突变体。通过遗传和图位克隆，我们克隆到9个ARES基因，包括1个光形态建成相关转录因子HY5以及3个不同位点突变的ERF基因ABI4。.HY5是一个碱性亮氨酸拉链类转录因子。研究发现HY5转录调控ACS基因表达及乙烯生物合成，这一转录调控过程受到ABA的调控，且ABA在转录水平上调控HY5-AtERF11转录级联调控途径调控乙烯的生物合成。这一研究的部分结果发表在The Plant J (2011)及Plant Signal Behav (2011)杂志。进一步研究表明乙烯通过蛋白酶体途径调控HY5的积累，HY5蛋白的变化进一步又影响了拟南芥下胚轴的生长和耐盐性，即HY5在乙烯合成和信号传导中可能具有双重调控作用。部分结果发表在《PLoS Genetics》。.ABI4是ABA信号途径中重要的ERF转录因子，全长328个氨基酸。研究表明ABI4 C端16个氨基酸的功能获得性突变体abi4-105表现为ACS4、ACS8表达水平及乙烯含量降低；而ABI4功能缺失突变体abi4-102和abi4-103则表现为ACS4、ACS8表达及乙烯含量均升高；且ABA调控ABI4与ACS4、ACS8启动子DRE元件的结合。生化分析表明，过表达全长ABI4的转基因植株中ABI4被降解，而过表达缺失ABI4 C端16个氨基酸的转基因植株中ABI4稳定积累，表明ABI4 C端16个氨基酸影响ABI4蛋白稳定性。通过点突变创建转基因材料并结合生化检测，发现ABI4的第318和第319个氨基酸是影响蛋白稳定性的关键氨基酸。更为重要的是，相比于转全长ABI4基因的株系，ABI4 C端16个氨基酸缺失的转基因材料中ABI4大量富集，且检测到不同分子量大小的片段，包括43KD、60KD和75KD。推测大的片段可能是泛素化后的ABI4，表明ABA通过调控ABI4的蛋白含量来负调控乙烯的合成。此外，参加国际和国内重要的学术获得7次，在PLoS Genet, Plant Cell, Plant J以及Plant Physiol发表SCI论文4篇，培养研究生7名。