RNA解旋酶RTE5在乙烯信号转导中的分子调控机制

Ethylene plays a key role in plant growth and development, fruit maturity, organ senescence and responses to environmental stresses. Although some of the key components in the ethylene signal transduction pathway have been cloned, little is known about the mechanism of its molecular regulation. Our previous study showed that RNAi gene silencing of the RNA helicase RTE5 could restore ethylene sensitivity of the mutant ein2-1 when the RNAi was introduced into the ethylene insensitive mutant. Preliminary analysis revealed that either gene silencing of RTE5 or gene mutations (rte5-1; rte5-2) disrupted the EIN2 pre-RNA splicing. This research will apply with different genetic approaches (RNAi gene silencing, CRESPR-Cas9 gene knockout, gene overexpression, and gene mutations) to analyze the molecular function and target of RTE5, get insight into the molecular mechanism by analyzing its pre-RNA splicing and posttranscriptional modification, and examine the ATP/GTP binding activity and double stranded RNA helicase activity of the RTE5 protein by in vitro analysis. These studies will undoubtedly provide new materials for understanding of the molecular regulation mechanism of ethylene signaling, and also lay a scientific foundation for improving the quality of crop plant through ethylene reaction.

乙烯在植物生长发育、果实成熟、器官衰老及逆境胁迫反应中起关键调控作用。乙烯信号传导通路中的一些关键组分虽已被克隆，但人们对其分子调控机制所知甚少。我们前期研究中发现，利用RNAi干扰技术使乙烯突变体ein2-1中的RNA解旋酶RTE5基因沉默能恢复ein2-1的乙烯敏感性。初步分析表明，RNA解旋酶RTE5的基因沉默或基因突变（rte5-1；rte5-2）皆导致EIN2的pre-RNA剪切错误。本课题利用不同的遗传操作（RNAi基因沉默、CRESPR-Cas9基因剔除、基因过表达、基因位点突变）分析RNA解旋酶在乙烯信号传导途径中的调控功能及靶标分子；通过分析靶标基因的pre-RNA剪切及转录后修饰了解其作用机理；利用体外表达RTE5蛋白分析其ATP/GTP结合活性、双链RNA解旋活性等。这些研究为深入了解乙烯信号转导的分子调控机制提供新素材，也为利用乙烯反应改良作物品质奠定科学基础。

乙烯在植物生长发育、果实成熟、器官衰老及逆境胁迫反应中起关键调控作用。该研究利用不同遗传操作成功获得了RNA解旋酶RTE5基因的T-DNA插入突变体、RNAi基因沉默转基因株系、CRISP-Cas9介导的基因编辑突变体以及关键位点突变体（rte5-1和rte5-2），研究其在乙烯信号转导中的调控作用和分子机制。结果显示，RTE5基因沉默（RNAi）、基因敲除或关键位点突变均导致拟南芥幼苗的乙烯敏感性显著降低。RTE5作用的靶标分子主要是乙烯信号传导通路中的关键组分EIN2、乙烯受体ERS2和乙烯受体ETR1的结合蛋白CTR1。深入分析发现，RTE5基因敲除或突变可使靶标基因（EIN2、ERS2、CTR1）的pre-mRNA的内含子剪切出现错误。与拟南芥相似，水稻中RTE5敲除或突变亦导致幼苗的乙烯反应发生显著变化。水稻RTE5同源基因亦作用于乙烯信号通路中的EIN2和CTR1，影响其转录后 pre-mRNA的内含子剪切，表明RTE5在不同植物中具有功能保守性。RTE5蛋白的核苷酸结合动力学研究表明，RTE5及其突变体蛋白（rt5-1、rte5-2）均能结合ATP、GTP和CTP，并具有核苷酸水解活性，说明RTE5在靶标基因转录后修饰中提供能量。另外，以RTE5为诱饵垂钓获得了互作蛋白分子。分析表明，其互作蛋白RCF1和RecA在乙烯信号转导中也起着重要的调控作用。这些研究为深入了解乙烯信号转导的分子调控机制提供了新素材。