浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版) 29(4): 453~ 460.2003 .Journal of Zhe jiang University (Agric. &. Life Sci. )文章編號: 1008- 9209(2003)04- 0453-08乙烯在植物中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)潘延云"，郭毅'，趙軍峰'，孫大業(yè)(1.河北師范大學(xué)分子細(xì)胞生物學(xué)研究室，河北石家莊050016; 2. 河北大學(xué)生命科學(xué)院，河北保定071002)摘要: 乙烯是所有植物激素中結(jié)構(gòu)最簡單的一種,它對植物的代謝調(diào)節(jié)可貫串其整個生活周期.作為信號物質(zhì),它的生物合成主要由ACC合成酶和ACC氧化酶調(diào)控.通過對擬南芥中一系列乙烯反應(yīng)的突變體的分析,人們掌握了很多在乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮作用的生化組分.乙烯受體與細(xì)菌的雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似,乙烯與之結(jié)合后,調(diào)節(jié)與Raf激酶極為相似的CTR1,進(jìn)而將信號傳遞給下游的EIN2.EIN3是一個轉(zhuǎn)錄因子,可結(jié)合到與乙烯反應(yīng)相關(guān)的基因的啟動子的特殊序列上,激活這些基因并使其轉(zhuǎn)錄,從而使植株出現(xiàn)與乙烯反應(yīng)相關(guān)的諸多表型特征.關(guān)鍵詞:乙烯;信號轉(zhuǎn)導(dǎo);植物激素中圖分類號: Q945文獻(xiàn)標(biāo)識碼: APAN Yan-yun12，GUO Yi, ZHAO Jun-feng'，SUN Da-ye'(1. Institute of Molecular Cell Biology,Hebei Normal University, Shijiazhuang 050016， China; 2. College of life sciences, Hebei Unirversity,Baoding 071002, China)The ethylene gas signal transduction pathway in plants. Journal of Zhejiang University (Agric. &. LifeSci. )，2003 , 29(4):453-460Abstract: Ethylene induces diverse effects in plants throughout their life- cycle. Ethylene is synthesizedfrom S adenosyl-L methionine via 1-aminocyclopropane- 1 -carboxylic acid (ACC). The enzymes catalyz-ing the two reaction in this pathway are ACC synthase and ACC oxidase. Components of the ethylenesignal transduction pathway have been identified by characterization of ethylene- response mutants inArabidopsis thaliana. Ethylene binding to receptors with homology to two- component regulators trig-gers a kinase cascade that is propagated through the CTR1 Faf-like kinase and other components to thenucleus. EIN3 is a putative transcription factor involved in regulating expression of ethylene- responsivegenes, then eliciting a response appropriate to the original stimulus.Key words: ethylene; signal transduction; plant hormone在所有調(diào)節(jié)生長發(fā)育的植物激素中,乙烯中國煤化工土而出;乙烯對陸生植物是結(jié)構(gòu)最簡單的一種，這個只有兩個碳原子的.使其樹干變粗以抵抗狂氣體分子對植物的代謝調(diào)節(jié)可貫穿其整個生活FH風(fēng)侵表，皿刈干小生懼物如水稻莖的生長卻有CNMHG周期.在種子萌發(fā)時,乙烯可引起下胚軸的膨脹很強(qiáng)的促進(jìn)作用;它可以幫助被水淹沒的植物收稿日期: 2002-04-30基金項(xiàng)目萬直教居基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃資助項(xiàng)目(G1999011702).作者簡介:潘延云(1963-),女,河北人,博士研究生,主要從事植物細(xì)胞外鈣調(diào)素跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的研究.454浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版)第29卷維持生命,還可以抵抗病菌對植物的侵染;另二酰ACC(MACC),導(dǎo)致ACC失活,這也可能.外,在植物成熟時，它影響其性別的分化并促使是調(diào)控的關(guān)鍵步驟.果實(shí)成熟;它在花和葉片的衰老中亦起重要作用.但乙烯最重要、最常提及的生物學(xué)反應(yīng)還是;2乙烯感知的受體黃化胚芽的三重反應(yīng):即下胚軸膨脹變短,莖桿偏向水平生長(-說是縮短的根部)和頂端鉤狀乙烯作為信號分子,在nmol水平就可產(chǎn)芽彎曲加劇.三重反應(yīng)被應(yīng)用于乙烯活性的早生生物學(xué)反應(yīng),這一現(xiàn)象表明存在著與乙烯高期生物鑒定上,雖然用以測量生理水平的乙烯度結(jié)合的受體、乙烯作用10~15 min后,可抑很不靈敏,但它的變化在篩選植物乙烯反應(yīng)的制種子的生長;幾小時后,可促進(jìn)相關(guān)酶的活突變體卻是十分適合的.近一個世紀(jì)以來,科學(xué)性;幾天后,可啟動葉的衰老.家采用該方法鑒定、分離了許多乙烯合成及信2.1乙烯受體與細(xì)菌雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相號轉(zhuǎn)導(dǎo)突變體.而對模式植物擬南芥的三重反關(guān)性應(yīng)突變體的研究,則使我們對乙烯的信號感知研究表明,乙烯被一個具有完整的跨膜結(jié).及轉(zhuǎn)導(dǎo)的機(jī)制有了更多的了解中。構(gòu)的受體家族所接受. etr1 突變體是乙烯不敏植物中乙烯誘導(dǎo)的反應(yīng)可受多個層次水平感型 ,植株的所有部位,包括種子、根、莖、葉及的調(diào)節(jié),如從激素的合成、感知到信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)和下胚軸都喪失了對乙烯的應(yīng)答能力,其飽和乙轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)等、目 前已發(fā)現(xiàn)傷害刺激、病菌烯結(jié)合量只有野生型的1/50. ETR1基因是從侵染、厭氧狀態(tài)、果實(shí)成熟、發(fā)育與衰老等生理過擬南芥突變體中克隆到的第-個受體基因家族程及乙烯本身的處理都能誘導(dǎo)植物產(chǎn)生乙烯,并中的一個成員5。其氨基酸序列表明，它與細(xì)菌克隆和分析了乙烯反應(yīng)途徑中的多種基因,描述中被稱做雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)的具催化功能的受體了這種激素信號被轉(zhuǎn)導(dǎo)及調(diào)控的途徑2.超家族相關(guān)[6].在原核細(xì)胞中,有50種不同類型的雙組分1乙烯的生物合成系統(tǒng)，每一個雙組分系統(tǒng)是由兩種不同的蛋白質(zhì)組成:一種是傳感器,另- -種是反應(yīng)調(diào)節(jié)組所有的維管植物,其乙烯都是通過楊氏循.分.前者具有兩個區(qū)域:細(xì)胞外的傳入?yún)^(qū)和細(xì)胞環(huán)來合成的.即S-腺苷甲硫氨酸(AdoMet)被質(zhì)的組氨酸激酶結(jié)構(gòu)域,當(dāng)傳入?yún)^(qū)接受外界信ACC合成酶催化形成乙烯的前體1-氨基環(huán)丙號時,組氨酸激酶結(jié)構(gòu)域內(nèi)的一個組氨酸殘基烷羧酸(ACC). ACC可以被ACC氧化酶催化，可發(fā)生自身 磷酸化作用，反應(yīng)調(diào)節(jié)組分由一個很容易地形成乙烯、CO2和HCN.ACC合成酶接受器和一個具有轉(zhuǎn)錄激活作用的輸出區(qū)組及ACC氧化酶是乙烯合成的關(guān)鍵所在. ACC .成.接受器區(qū)有一個保守的天冬氨酸殘基，上述合成酶(ACS)是由多基因家族編碼的,以二聚自我磷酸化后的磷酸基團(tuán)可通過一個獨(dú)立的蛋體的形式發(fā)揮生理功能[4.3].通過篩選乙烯相關(guān)白轉(zhuǎn)給此天冬氨酸殘基，而接受器區(qū)的磷酸化的突變體,得到一些組成型具三重反應(yīng)的擬南狀態(tài)可通過輸出區(qū)影響下游的反應(yīng).這種結(jié)構(gòu)芥,其中有的可過量產(chǎn)生乙烯.三種乙烯超表達(dá)為原核生物感受它所處的環(huán)境變化提供了一個突變體-eto1、eto2、eto3都可以提高ACC合成非常有效的機(jī)制，如氮的利用、化學(xué)信號、滲透酶的活性、催化ACC分解成乙烯的是ACC氧中國煤化丑如此.化酶(ACO).在植物衰老、果實(shí)成熟、傷害反應(yīng):多肽上含有傳感器和反FYHCNMHG等生理過程中,ACO的被誘導(dǎo)產(chǎn)生是與乙烯調(diào)應(yīng)調(diào)下組分網(wǎng)神結(jié)構(gòu)域其傳感器的C端包含節(jié)的事件相關(guān)聯(lián)的.在乙烯處理導(dǎo)致乙烯產(chǎn)生了與組氨酸激酶結(jié)構(gòu)域同源的序列,有維持組氨的增加時,ACO和ACS共同構(gòu)成了對這一-途酸激酶活性所必需的所有氨基酸殘基,且當(dāng)它在徑的正向厲饋謾蒗圈.酵母中表達(dá)時,其組氨酸保存了自身磷酸化能ACC還可以由丙二酰轉(zhuǎn)移酶催化生成丙力中。最近研究報(bào)導(dǎo),組氨酸激酶域內(nèi)有兩個催第4期潘延云,等乙烯在植物中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)455化域,分別為G1和G2box,他們對組氨酸激酶酵母中的表達(dá)后可產(chǎn)生- -個乙烯的高親和結(jié)合活性的維持和對乙烯信號的傳遞都是必需位點(diǎn)[9]。這個位點(diǎn)顯示出多種乙烯結(jié)合位點(diǎn)的的[25]. ETR1 接受域的晶體數(shù)據(jù)表明,它與細(xì)菌特性,其 nmol范圍結(jié)合的kd值以及乙烯反應(yīng)的接受域結(jié)構(gòu)很相似,并可形成同源二聚體8]。的競爭性抑制劑的抑制結(jié)合等特性曾在植物組許多雙組分調(diào)節(jié)子的感受器組分都含有一織中 被檢測過.進(jìn)-步的試驗(yàn)證實(shí),ETR1的前個傳入?yún)^(qū)域,它可直接與配體信號相互作用.而128個氨基酸(N末端的三個跨膜區(qū))是乙烯結(jié)ETR1蛋白的N-末端疏水區(qū)域在蛋白數(shù)據(jù)庫合活性的必要條件[0,其中第二個跨膜區(qū)的半中沒有找到任何功能相似的同源結(jié)構(gòu),但這個胱氨酸是結(jié)合乙烯所必須的,因?yàn)橥蛔凅wetr1-區(qū)域?qū)σ蚁┬盘杹碚f是很重要的,造成植物對1的蛋白就是這個Cys65變成了Tyr,從而完全乙烯的不敏感性的點(diǎn)突變都發(fā)生在這一區(qū)域失去了乙烯結(jié)合活性.有關(guān)酵母中表達(dá)的ETR1內(nèi)5]。采用酵母進(jìn)行的生化研究表明ETR1疏的生化工作表明,這個蛋白質(zhì)可形成與膜聯(lián)合水區(qū)具有直接感受乙烯能力.即ETR1基因在的，由二硫鍵連接的同源二聚呵(見圖1).C2H483!mori (no copperCCH分詔t。?CTRU CTRI CTRO?EIN2 EIN2 IEIN2毒↓!↓EIN3 EIN3 ! EIN3高爾基體啟動乙烯反應(yīng)乙烯受體圖右側(cè)淺色箭頭表示乙烯信號途徑的非活化狀態(tài)，黑色箭頭表示乙烯信號途徑的活化狀態(tài)圖1銅離子-乙烯受體復(fù)合體形成和轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)模式圖Fig.1 A model for the function Cu2+ -ETR1 in the ethylene signaling pathway in Arabidopsis2.2Cu2+參與乙烯受體復(fù)合體的形成被一起純化出來[9],而超表達(dá)的etr1-1則無此蛋白質(zhì)的受體,在與配體結(jié)合位點(diǎn)上通常現(xiàn)象.進(jìn)一步研究還證明,ETR1的His69也是具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)模式.1960 年代,人們基于對乙烯結(jié)合所必須的,表明His69與Cys65可能烯類具有與金屬形成穩(wěn)定復(fù)合物的能力的認(rèn)共同參與了與Cu2+的結(jié)合.以上結(jié)果說明,識，推測-種轉(zhuǎn)換金屬(transitionmetal)輔助中國煤化工Cu2+.受體的復(fù)合物是因子能使乙烯與受體發(fā)生高親合的相互作用.最近,這-假說已被證實(shí)了，即乙烯的結(jié)合確實(shí)MHCNMHG.近米,從兒隆的KAN1基因中進(jìn)一步獲得受一種轉(zhuǎn)換金屬輔助因子的調(diào)節(jié)，從酵母中抽了銅參與乙烯信號功能的證據(jù)11. ran1 突變提出的ETR1蛋白，要恢復(fù)其乙烯結(jié)合活性需體,不僅在乙烯存在時呈現(xiàn)三重反應(yīng),而且當(dāng)它要附加銅離勇數(shù)后來,從超表達(dá)ETR1結(jié)合域暴露在乙烯競爭性抑制劑TCO (tran-cy-的酵母膜上提取到的乙烯結(jié)合域時,銅離子也clooctene)中時也表現(xiàn)三重反應(yīng).表明ran1突變456浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版)第29卷體改變了乙烯受體的配體結(jié)合特征、從遺傳學(xué)乙烯反應(yīng)突變體的遺傳學(xué)及生物化學(xué)分析.以角度分析,RAN1應(yīng)對ETR1產(chǎn)生影響,或許“三重反應(yīng)”為 形態(tài)標(biāo)記，篩選到- -些擬南芥乙在ETR1的上游012]。進(jìn)一步研究表明,RAN1烯反 應(yīng)突變體,這些突變體可分成兩種類型:參與了乙烯的識別. ran1 基因的克隆揭示,它①乙 烯不敏感型突變體，即用乙烯處理時不能是酵母和人的銅離子轉(zhuǎn)運(yùn)子的同源物(酵母中發(fā)生三重反應(yīng)的突變體,包括etr1、etr2、ein2、為CCC2, 人中為Menkes/ Wilson disease 蛋ein3、 ein4、ein6、ein5/ain1;②組成型乙烯反應(yīng)白).RAN1的cDNA能補(bǔ)償因缺乏CCC2的突變體,即在缺乏外源乙烯時,仍表現(xiàn)三重反應(yīng).酵母突變體的功能,而外源銅離子能部分地恢的突變體.根據(jù)其對乙烯合成抑制劑的敏感程復(fù)ran1突變體的表型,說明RAN1參與了植度,又分為乙烯超表達(dá)突變體(其表型可被乙烯物中銅離子的運(yùn)輸.圖1描述了銅離子參與乙合成抑制劑抑制),包括etol、eto2、eto3,以及組烯受體復(fù)合體的生成和轉(zhuǎn)運(yùn)途徑:乙烯受體原成型三重反應(yīng)突變體(無論乙烯及乙烯合成抑來存在于高爾基體膜上;銅離子通過質(zhì)膜上的制劑存在與否,都表現(xiàn)出三重反應(yīng))如ctr1;此轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白COPT1進(jìn)入膜內(nèi)后,由銅離子轉(zhuǎn)運(yùn)外還有一些組織特異性乙烯反應(yīng)突變體,包括子CCH攜至高爾基體，再由表達(dá)了RAN1的hlsl、eir 1.后高爾基體(post Golgi)上的RAN1轉(zhuǎn)運(yùn)至高ctr1是那些沒有外源乙烯時也顯示三重反爾基體腔中,積累的Cu2+進(jìn)而與后高爾基體膜應(yīng)的擬南芥突變體，即通常需要乙烯誘導(dǎo)的基上的乙烯受體蛋白結(jié)合.此Cu2+- 乙烯受體轉(zhuǎn)因在ctr1突變體中為組成型表達(dá),表明ctr1基到質(zhì)膜上就有了感受乙烯的能力(圖1).因在乙烯反應(yīng)途徑中起負(fù)調(diào)控因子的作用，由圖1右側(cè)還表示:在缺乏乙烯時,Cu2+-受于CTR1和ETR的雙重突變表現(xiàn)為組成型乙體復(fù)合體處于活化狀態(tài),且負(fù)調(diào)節(jié)下游信號組烯反應(yīng)表型,所以CTR1應(yīng)位于ETR家族成分,阻止乙烯反應(yīng)表型出現(xiàn)(a). Cu2+-受體復(fù)合員的下游.野生型的植物體結(jié)合乙烯后,受體被體結(jié)合乙烯后處于抑制狀態(tài),下游的CTR1激抑制(推測是降低了組氨酸激酶活性),引起下酶活性亦被抑制,從而使其下游的信號組分游組分的去抑制,從而激活乙烯引起的反應(yīng)表(EIN2、EIN3)去抑制,啟動乙烯反應(yīng)(b).而Cu型(圖1、圖2).離子缺陷性受體無活化功能，所以引起組成型擬南芥中一些其他位點(diǎn)的隱性突變也導(dǎo)致啟動的乙烯反應(yīng)(c).了對乙烯的完全或部分的不敏感,其中特別顯2.3乙烯受體家族著的是EIN2和EIN319]. EIN2 的功能缺失ETR1樣基因在其他植物物種中也有報(bào)突變表明它對乙烯完全不敏感EIN2 位于道,例如番茄17.18].但研究最多的還是擬南芥,CTR1的下游,因?yàn)槎叩碾p重突變體表現(xiàn)出除ETR1外,還從中獲得了四個ETR1相關(guān)的不反應(yīng)表型.EIN3突變體表現(xiàn)為對乙烯的敏基因. ETR家族的這五個成員,其蛋白質(zhì)的結(jié)感性降低，而不會完全不敏感,這個事實(shí)似乎說構(gòu)相似，它們與乙烯結(jié)合區(qū)域的氨基酸被替換明EIN3代表一個具重疊功能的小基因家族.后，都使得它們對乙烯不敏感.這五個基因在序EIN3或與之相關(guān)的EILI、EIL2的超表達(dá)，列上有相同和不同之處,但都能引起相似的突引起ein2型突變體的組成型乙烯反應(yīng)表型,因變表型;它們雖然序列同源,但卻可能有不同的此在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中,EIN3家族位于EIN2的乙烯結(jié)合活性和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)活性,并且可能被不中國煤化工號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中各組分的同環(huán)境因子所調(diào)控13~16].ETR受體家族-→CTR1MHCNMHGEIN2- >EIN3(圖2).3乙 烯的跨胞質(zhì)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑圖2從上至下.乙烯與跨膜受體家族(類似細(xì)菌的雙組分催化受體超家族)成員結(jié)合后,負(fù)3.1乙烯隼邑轉(zhuǎn)導(dǎo)的突變體遺傳學(xué)分析調(diào)控受體活性.受體家族成員的組氨酸激酶域?qū)τ谝蚁┬盘栟D(zhuǎn)導(dǎo)組分的研究多依賴于對與Raf-樣激酶CTR1的調(diào)節(jié)域相互作用.受體第4期潘延云,等乙烯在植物中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)457/CTR1復(fù)合物負(fù)調(diào)節(jié)膜蛋白EIN2(與金屬轉(zhuǎn)錄因子傳遞給ERF1,而ERF1是第二級轉(zhuǎn)錄運(yùn)蛋白超家族相關(guān)).EIN2的功能還不清楚,因子家族成員之一，可作為ERE(乙烯反應(yīng)元可能其胞質(zhì)C端結(jié)構(gòu)域可將信號傳遞給下游件 )的結(jié)合蛋白(EREBP)作用于基因的啟動子的EIN3家族(位于核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子). EIN3轉(zhuǎn)上 ,調(diào)節(jié)相應(yīng)基因表達(dá)，引起乙烯反應(yīng)發(fā)生.a)_INNNMembraneTMERS1國電N奧電ETR1ERS2 |ETR2EIN4ROCytoplasmCTR1MAPKKMAPK(6)EIN2，EIN5EING。EIN3c)CILS-E85ERFId)ERFIMNucleusOitherDEEREBP:cC---Terget gonoEthylene rosponsos圖2乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)模式圖Fig.2 A model for ethylene signaling in Arabidopsis3.2 CTR1的激酶作用含821個氨基酸,其激酶域在C末端的300氨如前所述,乙烯可觸發(fā)由受體組氨酸啟動.基酸區(qū).從而說明CTR1是轉(zhuǎn)導(dǎo)受體與下游組，的、并通過激酶轉(zhuǎn)導(dǎo)的級聯(lián)磷酸化.用遺傳方法中國煤化工]激酶在已知的激酶超和生化方法檢測,在乙烯受體和CTR1激酶之MHc N M H c效酶最相似.哺乳動物中間沒有發(fā)現(xiàn)中間調(diào)節(jié)組分.而用酵母雙雜交系Raf具有被有絲分裂、生長激素激活的蛋白激統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)CTR1可直接與乙烯受體的酶(MAPKKK)活性.其底物是另一個激酶,即接受域相互作用[20]. ctr1 基因是通過T-DNA .MAPK激酶(or MEK).它可使MAP激酶標(biāo)簽法從插合窖蠻引起的一個突變體中克隆出(MAPKs)磷酸化,MAPK,可修飾轉(zhuǎn)錄因子，來的其蛋白序列與絲氨酸/蘇氨酸激酶同源，為級聯(lián)激酶和轉(zhuǎn)錄調(diào)控間提供聯(lián)系，植物中是458浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版)第29卷否是這種情況還有待觀察. Nine推測有CTR1接受信號的機(jī)制還是沒有搞清.MAPKs存在,而且大量的MEK的同源物已從擬南芥中得到，如此大量的相似蛋白表明基4核內(nèi)事件因的重復(fù),這也解釋了為什么編碼MEKs或MAPKs的基因突變體至今沒有被分離出來.4.1轉(zhuǎn)錄因子 EIN3和EILs .3.3EIN2的轉(zhuǎn)導(dǎo)中介作用長期以來人們認(rèn)識到,許多乙烯反應(yīng)都伴對乙烯不敏感突變體的篩選還產(chǎn)生了一株隨著基因表達(dá)的變化. EIN3 的克隆為之提供ein2突變型.雖然它與etr1-1在乙烯反應(yīng)上同了第一個直接的證據(jù).已表明EIN 3基因編碼樣是不敏感型,但ein2/ctr1雙突變株卻顯示了一個核蛋白5。EIN3 功能缺失突變體降低了ein2的突變表型,所以EIN2應(yīng)在CTR1的對乙烯應(yīng)答的反應(yīng),而EIN3和與其相關(guān)的基下游.因EIL1、EIL2的超表達(dá)，在機(jī)體對乙烯感應(yīng)已分離出來大量的Ein-突變體,包括ein3、沒有變化的情況下，也能引起反應(yīng)途徑的組成ein5、ein6、ein7.這些不同強(qiáng)度的突變體都能掩型活性,說明它們處于反應(yīng)途徑的下游.蓋ctr1組成型信號表型,表明它們都在CTR1遺傳學(xué)分析證實(shí),EIN3在EIN2的下游的下游起作用，ein2基因是采用圖位克隆法其作用.EIN3是-個新的可與DNA結(jié)合的定( map based positional cloning) 克隆出來位在核內(nèi)的蛋白，即被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄因子,結(jié)合于的[1。它編碼一個膜整合蛋白,由近1300個氨乙烯反應(yīng)相關(guān)的基因的啟動子的特殊序列上，基酸殘基組成,微機(jī)分析表明它在N-末端為激活這些基因并從使其轉(zhuǎn)錄.根據(jù)現(xiàn)有資料,擬一12- 跨膜結(jié)構(gòu)區(qū)域,且與NRAMP蛋白家族南芥中可被乙烯誘導(dǎo)的ERF1基因是唯一已有很高的同源性,這個蛋白家族包括酵母的知的直接被EIN3激活的基因. EIN3二聚體與Smflp,果蠅屬的malvolio蛋白,及哺乳動物的ERF1的啟動子上的唯一的、不完全回文重復(fù)Nrampl、Nramp2(DCT1),它們均具有轉(zhuǎn)運(yùn)二元件相互作用，EIN3 的兩個同源基因EIL1、價金屬離子的功能、EIN2蛋白的C末端的長EIL2的產(chǎn)物蛋白同型二聚體,在體外也有結(jié)的親水延伸部分卻是上述蛋白家族所不具備合到這一序列上的能力,但是沒有這三個蛋白的，且在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫中沒有發(fā)現(xiàn)相似的蛋白,的異源二聚體的報(bào)導(dǎo).其螺旋型結(jié)構(gòu)形態(tài)表明它可能與其他蛋白發(fā)生EIN3樣轉(zhuǎn)錄因子在擬南芥中不是唯-相互作用，EIN2在乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的功能還的.最近,一個EIN3/EIL的相關(guān)蛋白從煙草中不清楚,根據(jù)NRAMP蛋白,EIN2的跨膜部分克隆出來并在擬南芥中做了超表達(dá)研究.煙草被假設(shè)為有轉(zhuǎn)運(yùn)二價陽離子的功能,然而并沒EIN3- LIKE(TEIL)蛋白與EIN3在DNA結(jié)合有發(fā)現(xiàn)EIN2的金屬結(jié)合或金屬轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白.域有92%的同源性，故認(rèn)為這些蛋白可能結(jié)合EIN2的氨基端和羧基端有這樣的蛋白功能:在相同的DNA序列上.用在E. Coli中表達(dá)的刪截掉任何一端都不能補(bǔ)足ein2的乙烯不敏TEIL做隨機(jī)的位點(diǎn)篩選處理產(chǎn)生了一個非回感突變性狀，即其氨、羧基端對乙烯信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)文序列的TEIL-結(jié)合位點(diǎn)(TEBS),與來自都是必須的.有趣的是,在ein2突變體中超表ERF1啟動子的特有EIN3結(jié)合位點(diǎn)相似.更重達(dá)的EIN2的C端可以觸發(fā)部分的乙烯反應(yīng)活要的,這個元件對TEIL調(diào)節(jié)的TEBS驅(qū)動的性,可以恢復(fù)突變體對除草劑和茉莉酸的反應(yīng),中國煤化工又提供了一個證據(jù)，即但是不能恢復(fù)對乙烯的反應(yīng)，這個結(jié)果說明，MH.CNMH二轉(zhuǎn)錄的激活子.EIN2的氨基端對感受上游的乙烯信號是必要4.2“4怖風(fēng)應(yīng)元件相他們的結(jié)合蛋白的,而羧基端在乙烯轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中起一個將信號擬南芥中EIN3的直接靶基因ERF1編碼傳遞給下游的作用12].盡管人們發(fā)現(xiàn)乙烯信號.一個蛋白,它屬于DNA結(jié)合蛋白家族中的乙及CTR1氕轉(zhuǎn)尋固子EIN3家族間的轉(zhuǎn)導(dǎo)活動烯反應(yīng)元件結(jié)合蛋白( EREBP ethylene re需要EIN2做中介22。但是EIN2 從受體/ sponse element binging protein).它有結(jié)合到第4期潘延云,等乙烯在植物中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)459GCC-box上的能力. GCC-box 是一個cis元得到途徑中新的組分，在已知的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中一件,發(fā)現(xiàn)于一些病原菌相關(guān)的基因啟動子上,而些信號組分的生化方面的疑點(diǎn)也有必要澄清,這些基因許多也是乙烯反應(yīng)相關(guān)的，ERF1 被如受體與 Raf-like激酶CTR1之間形成的蛋白認(rèn)為是有轉(zhuǎn)錄因子功能的,這就暗示了有一個復(fù)合形式等、 受體二聚體的組氨酸激酶活性在級聯(lián)轉(zhuǎn)錄參與了乙烯信號,ERF1也象EIN3是信號輸出中的作用也需闡明,而體外受體-一個正向調(diào)節(jié)子,事實(shí)上ERF1的超表達(dá)可導(dǎo)CTR1信號轉(zhuǎn)換的發(fā)展將促進(jìn)這一問題的解致多種乙烯反應(yīng)多組成型活性.然而ERF1超決、受體-CTR1 復(fù)合體將信號轉(zhuǎn)導(dǎo)到EIN2蛋表達(dá)的三重反應(yīng)卻是不完全的,說明對于全反白的機(jī)制還完全是個迷、同樣地,EIN2的胞質(zhì)應(yīng)來說可能還需要其他因子.的確,雖然擬南芥轉(zhuǎn)換區(qū)域激活EIN3家族的機(jī)制也缺乏-些必和其他物種中都存在大量的EREBPs基因,但要的信息.為轉(zhuǎn)錄因子ERF1尋找特定的目標(biāo)只有其中一部分可被乙烯調(diào)節(jié).在擬南芥中,有基因,以及這些基因的產(chǎn)物如何調(diào)節(jié)下游反應(yīng)五個ERF的cDNA被克隆,分別是AtERF(I-都是我們將來要解決的問題.5),它們都具有與GCC-box特異結(jié)合的活性,AtERF1、AtERF2和AtERF5在擬南芥葉子References:中作為GCCbox依賴轉(zhuǎn)錄的激活子,AtERF3[1 ] Johnson P R，Ecker J R. The Ethylene Gas Signal和AtERF4做為抑制子調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄,而且可負(fù)調(diào)Transduction Pathway: A Molecular Perspective[J].Annu Rev Genet,1998,32 :227-254.節(jié)其他轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄活性[23].AtERF基因[2]Bleecker A B. Ethylene: A gas signal molecule in可被乙烯或其他脅迫條件如傷害冷高鹽干旱等plants[J]. Annu RevCell Dev Biol, 2000.16:1-18.調(diào)控,在植物對病原菌侵染的防御中也起重要[ 3 ] Tarun AS, Theologis A. Complementation analysis of作用[26].這些調(diào)控有的通過EIN2途徑,有的不mutants of 1-aminocyclopropane- 1- carboxylate syn-通過EIN2.推論,AtERFs是細(xì)胞外信號誘導(dǎo)thase reveals the enzyme is a dimer with shared activesites[J]. J Biol Chem, 1998.273:12509- 12514.的，可對依賴GCCbox調(diào)節(jié)的基因的表達(dá)做正[4] Capitani G, Hohenester E, Feng L.et al. Structrue of向或負(fù)向調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子家族新成員.1- aminocyelopropane- 1- carboxylate synthase, a key綜上所述,并非所有的乙烯反應(yīng)的enzyme in the biosynthesis of the plant hormone ethy-EREBPs都編碼轉(zhuǎn)錄活性因子,還有-些基因lene[J]. J Mol Biol, 1999 ,294:745-756.編碼抑制型轉(zhuǎn)錄因子.從諸多乙烯反應(yīng)來看,乙[5] Chang C,Kwok S FBleecker A B.et al. Arabidopsis烯相關(guān)的表型變化應(yīng)是由-些基因的激活和一ethylene- response gene ETR1: similarity of product totwo- component regulators[J]. Science, 1993, 262:些基因的抑制引起的.換言之,還有一-些乙烯反.539-544.應(yīng)相關(guān)基因應(yīng)既沒有EIN3結(jié)合元件,其啟動.[ 6] Wurgler- Murphy S M, Saito H. Two component sig-子上也沒有GCC-box.即轉(zhuǎn)錄因子與EIN3和nal transducers and MAPK cascades [J ]. TrendsERF1都沒關(guān)系,而是有另外不同的特異的結(jié)Biochem Sci, 1997 ,22:172- 176.合因子.也許它可參與乙烯信號的更下游的反[7 ] Gamble RL, Coonfield ML , Schaller GE. Histidine ki應(yīng)、這些分子的證實(shí)可能對完成乙烯調(diào)控的基nase activity of the ETR1 ethylene receptor from Ara-bidopsis[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1998，95:因表達(dá)研究極為重要.7825-7829.盡管乙烯反應(yīng)途徑中的事件已建立了基本.[8] Muller- Dieckmann H J, Grantz A A. KimS H. The .框架,但還有許多熱點(diǎn)問題有待解決.不同的受中國煤化工recever domain of the Ara-體亞型的意義還不清楚,受體的無義突變體lene receptor ETR1[J]. StructMYHCNMHG(receptor- null mutations)的植物表型分析將:u DES, 1000. 111047-1556.有助于鑒定受體家族的不同成員在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中[ 9]Schaller G E, Bleecker A B. Ethylene- binding sites .generated in yeast expressing the Arabidopsis ETRI .起的作用[24].另外,已被證實(shí)的一些乙烯不敏gene[J]. Science,1995, 270:1809- 1811.感突變體也必須放到信號途徑中適當(dāng)?shù)奈籟10] RodriguezF I, EschJJ, Hall A E,et al. A copper co-置1.用現(xiàn)有的突變體做第二次突變篩選,也能factor for the ethylene receptor ETR1 from Arabidop-460浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版)第29卷sis[J]. Science, 1999 , 283: 996- 998.stress response pathway[J]. Genetics, 1995,139:1393-. [11] Hirayama T, Kieber J J,Hirayama N, et al. RESPON-1409.SIVE-TO- ANTAGONIST1, a Menkes/ Wilson dis-[20] Clark K L,LarsenP B, Wang X.et al. Association ofease-related copper transporter, is required for ethy-the Arabidopsis CTR1 Raf-like kinase with the ETR1lene signaling in Arabidopsis[J]. Cell, 1999, 97:383-and ERS ethylene receptors[J]. Proc. Natl. Acad.393.Sci. USA,1998. 95:5401-5406.[12] Hirayama T, Alonso M A. Ethylene captures a metal![21] AlonsoJ M，Hirayama T，Roman G,et al. EIN2,a bi-Metal ions are involved in ethylene perception and sig-functional transducer of ethylene and stress responsesnal transduction[J]. Plant Cell Physiol, 2000， 41:in Arabidopsis[J]. Science , 1999.284:2148-2152.548- 55.[22] Chao Q, Rothenberg M，Solano R,et al.1 Activation[13] Hua J, Chang C, Sun Q,et al. Ethylene insensitivityof the ethylene gas response pathway in Arabidopsisconferred by Arabiclopsis ERS gene[J]. Science, 1995.by the muclear protein ETHYLENE-INSENSITIVE3269:1712-1714.and related proteins[J]. Cell, 1997,89;1133- 1144.[14] Hua J, Sakai H, Nourizadeh S,et al. EIN4 and ERS2[23]Fujimoto S Y, Ohta M，Usui A,et al. Arabicdopsisare members of he putative ethylene receptor geneethylene-responsive element binding factors act asfamily in Arabiclopsis[J]. 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