中科大百人計劃PLOS發表遺傳學成果

　　在擬南芥中，氣態的植物激素乙烯參與了根系生長和發育的調控作用。眾所周知，受乙烯抑制的根系生長，涉及到生長素，部分是通過WEAK ETHYLENE INSENSITIVE2/ANTHRANILATE SYNTHASE α1 (WEI2/ASA1)的作用介導的，WEI2/ASA1編碼色氨酸生物合成中一個限速酶，而生長素就來源于生物合成。然而，乙烯通過ASA1降低根系生長的分子機制，仍不明確。

　　1月8日，來自中國科技大學的研究人員在國際知名學術期刊《PLOS Genetics》發表題為“Arabidopsis ERF1 Mediates Cross-Talk between Ethylene and Auxin Biosynthesis during Primary Root Elongation by Regulating ASA1 Expression”的研究成果。該研究表明，在擬南芥中，ERF1——乙烯信號通路中的一個下游AP2轉錄因子，在乙烯介導的初生根生長過程中，正向 調節生長素的生物合成。

　　本文通訊作者是中國科技大學生命科學學院博士生導師向成斌教授，其1982年8月畢業于西南農業大學園藝系，獲學士學位；1987年3月于加州大學 河邊分校植物科學系獲碩士學位；1992年10月于愛達荷大學微生物、生物化學及分子生物學系獲博士學位。曾在愛達荷大學微生物、生物化學及分子生物學 系、羅格斯大學農業生物技術中心及依阿華州立大學植物系做博士后。1999.7-2001.8，依阿華州立大學植物系助理科學 家；2001.8-2002.7，依阿華州立大學植物系助理教授。在Plant Cell、Plant Physiology等雜志已發表研究論文二十余篇。教育部長江計劃特聘教授，中科院“百人計劃”獲得者。

　　乙烯對根的影響，研究最為徹底的一個影響是抑制根的伸長。大量的研究表明，乙烯通過與生長素相互作用，抑制根系的發育。乙烯已被證明，可增加生長素 的合成、生長素輸送到伸長區和根尖的生長素信號。據報道，ERF1——乙烯信號通路中的一個下游轉錄因子，當構成性地表達時，可減少黑暗中的初生根生長。 到現在為止，關于其在初生根伸長過程中的作用，還沒提出詳細和明確的相關機制。

　　在這項研究中，研究人員證實，ERF1可直接調節Al的表達——色氨酸（Trp）生物合成中的一個關鍵酶，已知在乙烯調控的根系發育過程中起著重要的作用。本文闡述了轉錄因子ERF1在根部伸長過程中參與初生根發育、并直接介導乙烯和生長素生物合成之間串擾的機制。

　　用ERF1過表達或敲除的株系，通過分析根部對乙烯的響應，研究人員發現，初生根的長度與ERF1表達密切相關。這些結果表明，ERF1參與了乙烯介導的根部伸長。

　　ERFs屬于一個大的基因家族。只有少數ERF突變體表現出明顯的表型，可能是由于功能冗余。然而，ERF1敲除的株系在正常和添加ACC的條件下 表現出更長的根部，從而說明ERF1對乙烯抑制的根系伸長，發揮了重要的作用。此外，ERF1通過減少細胞伸長，而不是與乙烯信號通路突變體一致的細胞分 裂，控制著初生根的伸長。

　　在擬南芥幼苗中，乙烯可上調生長素的生物合成，以增強根伸長的抑制。眾所周知，高水平的生長素可減少根系生長。一些生長素合成基因是乙烯應答的，如 果發生突變，可在ACC存在的情況下導致根系生長缺陷。為了了解ERF1如何介導初生根伸長、特別是生長素生物合成中的乙烯信號，研究人員分析了參與生長 素生物合成的所有基因的激活子，發現兩個基因可能與ERF1特異性結合。

　　總之，這項研究表明，ERF1——乙烯信號通路中的一個下游AP2轉錄因子，在乙烯介導的初生根生長過程中，正向調節生長素的生物合成。具有 ERF1構成性表達或敲除的轉基因植株，表現出與乙烯信號突變體相似的根部發育表型。ERF1可通過直接結合ASA1啟動子并正向調節ASA1表達，影響 生長素的積累。這些研究結果表明，在擬南芥中，ERF1在乙烯誘導的初生根生長抑制作用中，發揮了舉足輕重的作用，并可作為初生根伸長過程中乙烯和生長素 之間的串擾節點。