Cell Reports | 何文容等利用乙烯信号通路小分子激动剂发现乙烯参与调控植物侧根夹角

责编 | 王一

侧根夹角是根系结构（root system architecture, RSA）的重要性状之一，其决定了根系从中心向外生长扩展的过程。侧根夹角对于植物从地下获取营养和水分的能力至关重要。目前只有少数与生长素（auxin）及细胞分裂素（cytokinin）途径相关的侧根夹角调控途径被报道。

近日，美国Salk Institute for Biological Studies的Wolfgang Busch教授团队在Cell Reports发表了题为“Identification of mebendazole as an ethylene signaling activator reveals a role of ethylene signaling in the regulation of lateral root angles”的研究论文（何文容博士为该论文的第一作者），报道了小分子mebendazole（MBZ）调控拟南芥侧根夹角，并解析了其对侧根夹角的调节是通过抑制乙烯信号通路负调因子CTR1的激酶活性从而激活乙烯信号通路实现的，进而首次发现乙烯途径参与了侧根夹角的调控。

为寻找植物根系结构（RSA）的调节因子，研究人员通过筛选小分子库发现小分子MBZ可以迅速且显著增大拟南芥侧根夹角从而导致侧根偏向水平方向生长。通过MBZ短时处理与非处理的转录组分析，研究人员发现乙烯应答相关基因表达被明显调控。因以往研究侧根夹角的调控主要与生长素和细胞分裂素途径相关，研究人员分别对比了MBZ短时处理对乙烯、生长素、及细胞分裂素应答报告基因表达的影响，意外发现MBZ短时处理特异激活乙烯应答基因的表达，暗示MBZ处理对侧根夹角的调控是通过调节乙烯途径实现的。

研究人员进一步发现MBZ处理可以导致乙烯三重反应等乙烯应答表型，从而确认MBZ处理激活乙烯应答。通过乙烯合成量检测及乙烯途径相关突变体对MBZ处理的表型分析，研究人员将MBZ靶标蛋白一步一步缩小到乙烯信号通路受体ETR1下游及核心转录因子EIN3上游。其中ctr1基因缺失突变体对MBZ处理不敏感，且在无MBZ处理时仍可模拟MBZ处理导致的侧根夹角向水平方向生长的表型，暗示CTR1蛋白可能为MBZ潜在靶标蛋白。随后研究人员利用分子对接、生化实验等确认MBZ通过抑制乙烯信号通路负调因子CTR1蛋白激酶活性，从而激活乙烯信号通路导致侧根偏向水平方向生长。从而发现乙烯通路参与了侧根夹角的调控。

综上，该研究工作首次发现了乙烯信号途径对侧根夹角调控的重要作用，同时也鉴定到一个小分子化合物作用于乙烯受体下游而直接激活乙烯信号通路，从而迅速且高效的调控RSA。

Salk研究所Wolfgang Busch团队的何文容博士为该论文的第一作者，Wolfgang Busch教授为该论文的通讯作者。Salk研究所Hai An Truong博士，张凌博士,曹珉博士（现为复旦大学生命科学学院青年研究员），钟开珍博士，以及美国加州大学圣地亚哥分校Neal Arakawa，美国Scripps研究所肖瑶博士，上海交通大学侯英楠副教授为文章的参与作者并为本研究提供了重要帮助。该项研究得到了Wolfgang Busch 的Harnessing Plants Initiative 经费以及何文容的 Salk Women & Science Special Award 和 a Pioneer Fund Postdoctoral Scholar Award 等项目的联合资助。

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.113763