中科大****PLOS发表遗传学成果

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》发表的一项研究表明，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。

　　

生物通报道：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。延伸阅读：Science：植物的“性别大战”。

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“****”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。

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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。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Arabidopsis ERF1 Mediates Cross-Talk between Ethylene and Auxin Biosynthesis during Primary Root Elongation by Regulating ASA1 Expression
Abstract: The gaseous phytohormone ethylene participates in the regulation of root growth and development in Arabidopsis. It is known that root growth inhibition by ethylene involves auxin, which is partially mediated by the action of the WEAK ETHYLENE INSENSITIVE2/ANTHRANILATE SYNTHASE α1 (WEI2/ASA1), encoding a rate-limiting enzyme in tryptophan (Trp) biosynthesis, from which auxin is derived. However, the molecular mechanism by which ethylene decreases root growth via ASA1 is not understood. Here we report that the ethylene-responsive AP2 transcription factor, ETHYLENE RESPONSE FACTOR1 (ERF1), plays an important role in primary root elongation of Arabidopsis. Using loss- and gain-of-function transgenic lines as well as biochemical analysis, we demonstrate that ERF1 can directly up-regulate ASA1 by binding to its promoter, leading to auxin accumulation and ethylene-induced inhibition of root growth. This discloses one mechanism linking ethylene signaling and auxin biosynthesis in Arabidopsis roots.