水稻是重要的農作物，長(cháng)期生活在水生環(huán)境。乙烯在水稻適應這種半水生環(huán)境的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。但相關(guān)信號調控機制還不清楚。在前期研究中，已經(jīng)鑒定了一系列mhz乙烯反應突變體并克隆了相應基因。揭示了水稻乙烯信號轉導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(cháng)素互作調控根生長(cháng)的新機制。

 

　　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(guò)分析水稻根乙烯反應突變體mhz1，進(jìn)一步鑒定得到一個(gè)正調控水稻根部乙烯反應的重要組分MHZ1。MHZ1編碼水稻中的一個(gè)組氨酸激酶OsHK1，包含組氨酸激酶結構域和反應調節結構域。體外實(shí)驗表明MHZ1可進(jìn)行自體磷酸化，并通過(guò)水稻中的磷酸傳遞蛋白OsAHP1和OsAHP2將磷酸基團傳遞給下游的響應因子OsRR21。該磷酸傳遞過(guò)程被證明是水稻根部響應乙烯所必需的。進(jìn)一步研究發(fā)現乙烯受體可以通過(guò)和MHZ1互作抑制MHZ1的激酶活性，進(jìn)而抑制MHZ1介導的磷酸傳遞系統，從而抑制根部的乙烯反應。遺傳分析表明，MHZ1途徑和傳統的OsEIN2途徑可能在受體下游共同調控根生長(cháng)。OsEIN2途徑也上調MHZ1基因轉錄。

 

　　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(guò)抑制MHZ1介導的磷酸傳遞途徑進(jìn)而抑制乙烯反應。在乙烯存在下，乙烯通過(guò)抑制受體功能從而解除了受體對MHZ1的抑制，激活MHZ1介導的磷酸傳遞和根乙烯反應。該研究表明水稻為了適應復雜的水生環(huán)境可能產(chǎn)生了更為精細的乙烯反應調控機制。該研究于1月24日在線(xiàn)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（現北京科大教授）也是共同通訊作者。中國農科院教授路鐵剛團隊也參與了相關(guān)工作。該工作受?chē)易匀换痦椖亢?ldquo;973”項目等資助。

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