乙烯信号途径相关蛋白对植物根生长和胁迫反应的调控机制研究

Ethylene signaling regulates multiple processes and abiotic stress responses. Previously, we find that ethyene is beneficial for salt tolerance. The downstream components EIN2, EIN3/EIL1 and ethylene-induced NEK6 kinase are also required for salt tolerance. We further identify the proteins interacted with family II ethylene receptors, including NEIP1, NEIP2 and ERIPs. Ethylene and salt stress treatment induce NEIP2 accumulation and its phosphorylation in planta. NEIP2 promotes root and seedling growth, reduces ethylene response and improve stress tolerance through transgenic analysis. NEIP1 may promotes root and seedling growth through activation of cell division. Through ethylene-response mutant analysis, We further find rice MHZ1 kinase specifically regulates root ethylene response. Further studies on these proteins should reveal their roles in root and seedling growth under abiotic stress.

植物乙烯信号转导调控生长发育和非生物胁迫反应，但相应机制研究较少。我们前期研究发现II类乙烯受体NTHK1促进幼苗生长且调控盐胁迫敏感反应,而乙烯合成可提高植物耐盐性。乙烯信号转导的下游组分EIN2和EIN3/EIL1以及乙烯诱导的NEK6激酶也参与调控耐盐性。进一步鉴定了与NTHK1互作的蛋白NEIP1和NEIP2，与拟南芥II类受体ETR2互作的蛋白ERIPs。NEIP2蛋白积累受到盐和乙烯诱导。NTHK1在体外可磷酸化NEIP2，在植物体内NEIP2在乙烯和盐处理后一部分也呈现磷酸化状态。转基因分析表明NEIP2促进根和幼苗生长、减弱乙烯反应并提高植物耐逆性。NEIP1可能通过促进细胞分裂促进根和幼苗生长。通过对水稻乙烯反应突变体的分析发现MHZ1激酶特异调控根的乙烯反应。对上述乙烯信号途径相关组分的深入研究将揭示其在调控根生长和胁迫反应中的作用，为改善植物耐逆性提供基因资源和依据。

乙烯在植物生长发育和胁迫反应中起重要作用。我们前期工作鉴定了乙烯受体互作蛋白。进一步的深入研究发现烟草II类乙烯受体NTHK1受蛋白酶体降解途径的调控，而且其互作蛋白TCTP的存在有助于稳定该乙烯受体。当TCTP表达受到抑制后，NTHK1的降解明显加快。当NTHK1与TCTP互作的结构域突变或缺失之后，NTHK1的稳定性降低。乙烯诱导TCTP积累及与NTHK1的互作来减弱乙烯反应，同时TCTP通过促进细胞增殖促进幼苗生长。上述研究揭示了乙烯通过蛋白互作稳定受体的反馈调控机制。水稻作为半水生植物，进化出一系列适应水环境的机制。而乙烯在调控水稻半水生生长习性中具有关键作用。基于水稻区别于其它单子叶植物的特异乙烯反应，我们建立了高效筛选水稻乙烯反应突变体的系统。在此基础上，分离鉴定了一系列水稻乙烯反应突变体(mhz)，并通过图位克隆方法鉴定了相应基因。我们发现MHZ7/OsEIN2是乙烯信号转导的核心组分。其下游的MHZ6/OsEIL1和OsEIL2分别调控水稻幼苗根和胚芽鞘的乙烯反应。该途径可进一步通过激活Na+转运蛋白基因OsHKT2;1的表达，促进Na+吸收，保持水环境中的离子平衡，而过表达MHZ7，MHZ6和OsEIL2导致转基因水稻对高盐胁迫敏感。上述研究揭示了水稻中不同于拟南芥的乙烯应答机制以及对胁迫反应的特异调控机制。进一步研究发现，乙烯可以诱导MHZ5和MHZ4的基因表达并驱动另一个植物激素脱落酸(ABA)的合成，导致根中ABA积累，以调控水环境中幼苗根的适应性生长。前人的研究发现在拟南芥中，ABA通过乙烯合成和信号转导途径抑制根生长。而我们研究发现，乙烯通过ABA途径调控水稻幼苗根生长，从而揭示了乙烯-ABA互作调控水稻根系适应性生长的特异机制。上述研究成果为解析乙烯调控水稻适应性生长与胁迫反应提供了重要线索。对于其它mhz突变体及MHZ7过表达株系抑制子的分析将揭示水稻乙烯信号转导的新组分和新机制。