水稻乙烯不敏感突变体mhz1相关基因功能研究

人们对单子叶植物乙烯信号转导机制的了解十分有限，而缺乏乙烯反应突变体是制约该领域发展的主要障碍。近年来，我们通过大量研究和探索，建立了一个快速、准确、高效的筛选水稻乙烯反应突变体的技术体系，并利用该体系分离鉴定了一系列乙烯反应突变体。其中突变体mhz1表现为根对乙烯完全不敏感，而对其它激素反应正常。运用Tail-PCR等手段获得了mhz1的相关基因，该基因与已知乙烯信号组分没有同源关系。MHZ1基因编码一个蛋白激酶,通过磷酸化分析已鉴定了其激酶活性。本申请将通过转基因分析进一步研究MHZ1在根系生长发育和其它方面的生物学功能；研究MHZ1激酶活性是否调控生物学反应；运用酵母双杂交等技术鉴定其互作蛋白；利用基因芯片技术鉴定其调控的关键下游基因；通过生化及遗传分析研究MHZ1与乙烯受体及其它已知组分的关系。这些研究将初步揭示MHZ1调控根系生长发育的机制及其在水稻乙烯信号转导途径中的作用。

我们分离鉴定了一些水稻乙烯反应突变体。其中mhz1是一个功能缺失突变体，表现为根特异对乙烯完全不敏感表型。该突变体表型由隐性单基因控制。本研究运用TAIL-PCR的手段克隆了相关基因。序列比对分析发现MHZ1与已知的乙烯信号转导组分没有同源关系。该基因基因主要在水稻根中表达，并在根的伸长区受乙烯诱导。MHZ1过表达水稻根部呈现乙烯过敏感表型。MHZ1编码一个组氨酸激酶，蛋白结构与细菌两组分系统中的组氨酸激酶结构类似。体外磷酸化分析显示MHZ1具有组氨酸激酶活性，并能进行分子间的磷酸化，且其激酶区保守的G1 box和G2 box对于其激酶活性是必需的。点突变互补实验表明MHZ1的组氨酸激酶活性是其调控水稻根系乙烯反应必需的。利用细菌两组分系统检测体系进一步研究发现，MHZ1可以通过两组分系统进行磷酸信号的传递。体外磷酸化实验也证明MHZ1可将磷酸基团传递给下游的OsHpt2和OsHpt3，并能通过OsHpt2或OsHpt3将磷酸基团进一步传递给更下游的OsRRB1。如果将MHZ1的接收域去掉或者将接收域保守的天冬氨酸突变，MHZ1和OsHpt2、OsHpt3以及OsRRB1之间则就不能进行磷酸传递，且不能互补mhz1突变体表型。这说明MHZ1在体外能够通过水稻的两组分系统元件传递磷酸信号，且磷酸传递是其调控水稻根系乙烯反必需的。双突变体分析表明MHZ1作用于乙烯受体下游，与OsEIN2协同调控根系乙烯反应。综上，本研究鉴定了一个新的调控水稻乙烯反应的因子，为揭示单子叶植物乙烯信号转导机制提供了重要线索和依据。