水稻是重要的農(nóng)作物，長期生活在水生環(huán)境。乙烯在水稻適應(yīng)這種半水生環(huán)境的過程中發(fā)揮重要作用。但相關(guān)信號調(diào)控機(jī)制還不清楚。在前期研究中，已經(jīng)鑒定了一系列mhz乙烯反應(yīng)突變體并克隆了相應(yīng)基因。揭示了水稻乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中與雙子葉模式植物擬南芥相比保守的基因和新基因，及與其它激素如ABA、JA和生長素互作調(diào)控根生長的新機(jī)制。

 

　　中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所張勁松和陳受宜研究組通過分析水稻根乙烯反應(yīng)突變體mhz1，進(jìn)一步鑒定得到一個正調(diào)控水稻根部乙烯反應(yīng)的重要組分MHZ1。MHZ1編碼水稻中的一個組氨酸激酶OsHK1，包含組氨酸激酶結(jié)構(gòu)域和反應(yīng)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域。體外實(shí)驗(yàn)表明MHZ1可進(jìn)行自體磷酸化，并通過水稻中的磷酸傳遞蛋白OsAHP1和OsAHP2將磷酸基團(tuán)傳遞給下游的響應(yīng)因子OsRR21。該磷酸傳遞過程被證明是水稻根部響應(yīng)乙烯所必需的。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)乙烯受體可以通過和MHZ1互作抑制MHZ1的激酶活性，進(jìn)而抑制MHZ1介導(dǎo)的磷酸傳遞系統(tǒng)，從而抑制根部的乙烯反應(yīng)。遺傳分析表明，MHZ1途徑和傳統(tǒng)的OsEIN2途徑可能在受體下游共同調(diào)控根生長。OsEIN2途徑也上調(diào)MHZ1基因轉(zhuǎn)錄。

 

　　該工作揭示了水稻根中一條新的乙烯信號傳遞途徑。在空氣中，乙烯受體通過抑制MHZ1介導(dǎo)的磷酸傳遞途徑進(jìn)而抑制乙烯反應(yīng)。在乙烯存在下，乙烯通過抑制受體功能從而解除了受體對MHZ1的抑制，激活MHZ1介導(dǎo)的磷酸傳遞和根乙烯反應(yīng)。該研究表明水稻為了適應(yīng)復(fù)雜的水生環(huán)境可能產(chǎn)生了更為精細(xì)的乙烯反應(yīng)調(diào)控機(jī)制。該研究于1月24日在線發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications，DOI:10.1038/s41467-020-14313-0）。博士趙赫、段凱旋和工作人員馬彪是共同第一作者。馬彪（現(xiàn)北京科大教授）也是共同通訊作者。中國農(nóng)科院教授路鐵剛團(tuán)隊(duì)也參與了相關(guān)工作。該工作受國家自然基金項(xiàng)目和“973”項(xiàng)目等資助。

　　MHZ1調(diào)控水稻根部乙烯反應(yīng)模式圖。當(dāng)空氣中沒有乙烯時，MHZ1的激酶活性被受體抑制。當(dāng)乙烯存在時，受體解除了對MHZ1的抑制作用，使MHZ1介導(dǎo)的磷酸傳遞途徑被激活，進(jìn)而激活下游的乙烯響應(yīng)。在水稻根部，MHZ1介導(dǎo)磷酸傳遞途徑和OsEIN2介導(dǎo)的途徑共同發(fā)揮作用將受體傳來的信號向下傳遞，進(jìn)而調(diào)控根部的乙烯反應(yīng)。