拟南芥乙烯受体信号输出的研究

• 作 者: 刘茜
• 机 构: 中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所
• 出 处: 中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态所 中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所 中国科学院上海生命科学研究院
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 拟南芥 乙烯受体 信号输出 转基因植株 遗传冗余

先前的研究发现拟南芥中的五个乙烯受体在功能上存在冗余性，共同抑制拟南芥的乙烯反应。根据预测的蛋白结构上的不同，可以将五个乙烯受体分为两个亚家族，其中ETR1和ERS1属于第一亚家族，ETR2,EIN4和ERS2则属于第二亚家族。虽然ETR1和ERS1在蛋白结构上具有很多共性，包括三个跨膜结构域和一个保守的组氨酸激酶结构域；但是，ERS1的羧基端却没有与信号输出相关的Receiver结构域，而体外实验证明ETR1和ERS1具有不同的激酶活性。这些差异暗示这两个第一亚家族受体在功能上可能有所不同。由于乙烯受体具有功能冗余性，该特性限制了我们对个别受体功能的研究。
为了进一步探索第一亚家族受体在功能上可能存在的差异，本研究通过遗传杂交的方法得到了ers1 etr2 ein4 ers2和etrl etr2 ein4 ers2两个四突变体(分别只有ETR1和ERS1受体)，该突变体可以显示单一野生型受体的功能。将乙烯不敏感的受体基因etr1-1和ers1-1分别转化到乙烯受体完全缺失的五突变体etr1 ers1 etr2 ein4 ers2，得到分别只有显性受体etr1-1和ers1-1的转基因植株。有了这些突变体和转基因植株，可以排除遗传冗余的干扰，而使得研究个别受体的功能成为可能。
研究结果显示，其它野生型受体对于野生型ETR1受体和显性etr1-1受体的信号输出(即抑制乙烯反应)并非必需，然而野生型ERS1受体和显性ers1-1受体在其它野生型受体缺失的情况下则无法输出受体信号；暗示这两个受体在作用机理上存在差异。
通过几组等基因多突变体的研究，进而发现不同的受体组合影响了最后信号的输出——这个发现和以往所认知的受体数目决定最终受体信号强度的遗传模式有所不同。
本研究还发现，在相同的遗传背景下，缺失了ERS1受体甚至导致乙烯反应程度减弱，而非增强，暗示ERS1受体对于乙烯反应具有负调节和正调节的双重功能。
最后，本文对受体的功能补偿以及基因的遗传冗余在乙烯受体信号输出的可能作用做了进一步讨论。