乙烯和生長素參與植物發育、應激反應和適應性生長等生物學過程。吲哚-3-丙酮酸(IPyA)途徑是生長素合成的主要途徑。該途徑中,色氨酸轉氨酶TAA1先將色氨酸轉化為IPyA,之后黃素單加氧酶YUCCA進一步催化IPyA轉化為IAA。
水稻是半水生單子葉作物。中國科學院遺傳與發育生物學研究所張勁松研究組通過對一個根特異的乙烯不敏感水稻突變體mhz10的研究發現,MHZ10基因編碼色氨酸氨基轉移酶OsTAR2,在乙烯誘導的根部生長素合成中發揮關鍵性作用。研究發現,空氣中,生長素途徑中的OsIAA21/31和OsEIL1互作,抑制OsEIL1對MHZ10/OsTAR2的轉錄激活;OsIAA21/31還可與OsEIL1-OsIAA1/9復合體互作,抑制該復合體的活性,水稻根維持正常生長。當環境乙烯濃度較高時,乙烯信號轉導使OsEIL1蛋白積累,先引發少量生長素的積累;少量的生長素通過SCFOsTAR1/AFB2復合體介導抑制因子OsIAA21/31先降解,釋放OsEIL1和OsEIL1-OsIAA1/9復合體活性。OsEIL1單獨直接可激活MHZ10/OsTAR2的轉錄;OsIAA1/9與OsEIL1互作,通過招募組蛋白乙酰轉移酶OsGCN5促進組蛋白乙酰化,這進一步促進了OsEIL1對MHZ10/OsTAR2表達的激活作用,使根部生長素大量合成,從而抑制水稻根生長(如圖)。該研究揭示了乙烯與生長素途徑互作調控水稻根乙烯反應的新機制,對水稻復雜性狀改良和提高適應性具有重要意義。
8月16日,相關研究成果在線發表在The Plant Cell上。研究工作得到國家自然科學基金和植物基因組學國家重點實驗室等的支持。華南農業大學的科研人員參與研究。