中科大百人计划PLOS发表遗传学成果

　　在拟南芥中，气态的植物激素乙烯参与了根系生长和发育的调控作用。众所周知，受乙烯抑制的根系生长，涉及到生长素，部分是通过WEAK ETHYLENE INSENSITIVE2/ANTHRANILATE SYNTHASE α1 (WEI2/ASA1)的作用介导的，WEI2/ASA1编码色氨酸生物合成中一个限速酶，而生长素就来源于生物合成。然而，乙烯通过ASA1降低根系生长的分子机制，仍不明确。

　　1月8日，来自中国科技大学的研究人员在国际知名学术期刊《PLOS Genetics》发表题为“Arabidopsis ERF1 Mediates Cross-Talk between Ethylene and Auxin Biosynthesis during Primary Root Elongation by Regulating ASA1 Expression”的研究成果。该研究表明，在拟南芥中，ERF1——乙烯信号通路中的一个下游AP2转录因子，在乙烯介导的初生根生长过程中，正向 调节生长素的生物合成。

　　本文通讯作者是中国科技大学生命科学学院博士生导师向成斌教授，其1982年8月毕业于西南农业大学园艺系，获学士学位；1987年3月于加州大学 河边分校植物科学系获硕士学位；1992年10月于爱达荷大学微生物、生物化学及分子生物学系获博士学位。曾在爱达荷大学微生物、生物化学及分子生物学 系、罗格斯大学农业生物技术中心及依阿华州立大学植物系做博士后。1999.7-2001.8，依阿华州立大学植物系助理科学 家；2001.8-2002.7，依阿华州立大学植物系助理教授。在Plant Cell、Plant Physiology等杂志已发表研究论文二十余篇。教育部长江计划特聘教授，中科院“百人计划”获得者。

　　乙烯对根的影响，研究最为彻底的一个影响是抑制根的伸长。大量的研究表明，乙烯通过与生长素相互作用，抑制根系的发育。乙烯已被证明，可增加生长素 的合成、生长素输送到伸长区和根尖的生长素信号。据报道，ERF1——乙烯信号通路中的一个下游转录因子，当构成性地表达时，可减少黑暗中的初生根生长。 到现在为止，关于其在初生根伸长过程中的作用，还没提出详细和明确的相关机制。

　　在这项研究中，研究人员证实，ERF1可直接调节Al的表达——色氨酸（Trp）生物合成中的一个关键酶，已知在乙烯调控的根系发育过程中起着重要的作用。本文阐述了转录因子ERF1在根部伸长过程中参与初生根发育、并直接介导乙烯和生长素生物合成之间串扰的机制。

　　用ERF1过表达或敲除的株系，通过分析根部对乙烯的响应，研究人员发现，初生根的长度与ERF1表达密切相关。这些结果表明，ERF1参与了乙烯介导的根部伸长。

　　ERFs属于一个大的基因家族。只有少数ERF突变体表现出明显的表型，可能是由于功能冗余。然而，ERF1敲除的株系在正常和添加ACC的条件下 表现出更长的根部，从而说明ERF1对乙烯抑制的根系伸长，发挥了重要的作用。此外，ERF1通过减少细胞伸长，而不是与乙烯信号通路突变体一致的细胞分 裂，控制着初生根的伸长。

　　在拟南芥幼苗中，乙烯可上调生长素的生物合成，以增强根伸长的抑制。众所周知，高水平的生长素可减少根系生长。一些生长素合成基因是乙烯应答的，如 果发生突变，可在ACC存在的情况下导致根系生长缺陷。为了了解ERF1如何介导初生根伸长、特别是生长素生物合成中的乙烯信号，研究人员分析了参与生长 素生物合成的所有基因的激活子，发现两个基因可能与ERF1特异性结合。

　　总之，这项研究表明，ERF1——乙烯信号通路中的一个下游AP2转录因子，在乙烯介导的初生根生长过程中，正向调节生长素的生物合成。具有 ERF1构成性表达或敲除的转基因植株，表现出与乙烯信号突变体相似的根部发育表型。ERF1可通过直接结合ASA1启动子并正向调节ASA1表达，影响 生长素的积累。这些研究结果表明，在拟南芥中，ERF1在乙烯诱导的初生根生长抑制作用中，发挥了举足轻重的作用，并可作为初生根伸长过程中乙烯和生长素 之间的串扰节点。