乙烯在單子葉作物水稻適應半水生環境以及調控多種農藝性狀中發揮重要的作用。前期課題組建立了一個有效的突變體篩選系統，篩選了一系列水稻乙烯反應突變體，命名為
貓鬍子突變體（mhz）。通過對水稻乙烯突變體的分析，鑑定了與雙子葉模式植物擬南芥相比保守的組分，發現了乙烯信號途徑的新調控組分及與其它激素互作的新機制。
本研究進一步對一個水稻乙烯不敏感突變體mhz11進行了分析，發現MHZ11基因編碼一個GDSL家族脂酰水解酶，正調控水稻根部的乙烯反應。MHZ11蛋白定位在內質網上，可以通過水解磷脂產生遊離脂肪酸用於甾醇的酯酰化反應，進而調控內質網膜上游離甾醇的含量。mhz11突變體的根部甾醇過量積累，用甾醇合成抑制劑處理可部分恢復mhz11的乙烯不敏感表型。
遺傳分析表明，MHZ11可能作用於受體OsERS2水平，在激酶OsCTR2和內質網膜蛋白OsEIN2上游發揮功能。進一步生化研究揭示了MHZ11對OsCTR2磷酸化的調控作用。空氣中，體內OsCTR2呈現磷酸化和非磷酸化兩種形式，且磷酸化的蛋白丰度高於非磷酸化蛋白；乙烯處理後，磷酸化形式的蛋白丰度逐漸降低。而MHZ11突變後，磷酸化的OsCTR2一直處於高丰度狀態，不隨乙烯處理發生變化。MHZ11過表達則促進乙烯對OsCTR2磷酸化的快速抑制。
進一步研究發現甾醇合成抑制劑處理可以抑制乙烯受體和OsCTR2的互作，進而抑制OsCTR2的磷酸化/激酶活性。因此，該研究提出了MHZ11可能的工作模型：在野生型水稻根部，乙烯處理後，MHZ11通過自身的脂酰水解酶活性使得內質網膜上游離甾醇的含量保持在一個較低的水平，減弱乙烯受體和OsCTR2的互作並抑制OsCTR2磷酸化/激酶活性，從而促進下游信號轉導及根的乙烯反應 （見圖）。該研究發現了水稻中的一個新的乙烯信號調控組分，為乙烯通過抑制受體和OsCTR2調控根生長的機制提供了新的見解。
該項研究於2020年3月17日在線發表於The Plant Cell（DOI:10.1105/tpc.19.00840）。該雜誌也在2020年3月19日以IN BRIEF（DOI:10.1105/tpc.20.00218）形式對該工作進行了點評。中國科學院遺傳與發育生物學研究所已畢業學生趙赫和原工作人員馬彪（現北京科大教授）是第一作者，稅光厚研究團隊和褚金芳研究團隊也參與了這項工作。這項研究受國家自然基金和973等項目資助。
MHZ11調控水稻根部乙烯反應模式圖
MHZ11蛋白定位在內質網膜上，可以水解膜上的磷脂產生遊離脂肪酸，用於甾醇的酯酰化反應，進而調控內質網膜上游離甾醇的含量。在野生型水稻中，MHZ11通過自身的脂酰水解酶活性使得內質網上游離甾醇的含量保持在一個較低的水平，影響乙烯受體和OsCTR2的互作，進而抑制OsCTR2的磷酸化/激酶活性，從而促進水稻根部的乙烯反應。在mhz11突變體中，過量積累的甾醇可能影響了乙烯誘導的受體構象變化，使得受體和OsCTR2維持較強的互作，OsCTR2的磷酸化/激酶活性無法被抑制。OsCTR2持續磷酸化下游的OsEIN2蛋白使其被降解，進而阻斷了乙烯的信號轉導。
原文鏈接：
http://www.plantcell.org/content/early/2020/03/17/tpc.19.00840
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