北大****PNAS解析信号分子机制

生物通报道  近日来自北京大学生命科学学院的研究人员在《美国科学院院刊 》(PNAS) 上在线发表了题为 “Derepression of ethylene-stabilized transcription factors (EIN3/EIL1) mediates jasmonate and ethylene signaling synergy in Arabidopsis.”的研究论文。

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领导这一研究的是北京大学生命科学学院的郭卫红教授，其早年毕业于北京大学，1996年赴美留学，在加州大学洛杉矶分校（UCLA）攻读博士学位，期间在学业和科研上都取得了重大成绩，毕业后进入世界著名的Salk研究所做博士后工作，2005年9月回国，任职北京大学生命科学学院，2006年受聘国家教育部“****”奖励计划特聘教授，博士生导师。郭卫红教授长期从事植物分子生物学及遗传学方面的研究，目前已在Cell，Science，Nature，PNAS，Development，Plant Journal等国际顶级学术刊物上发表论文多篇，在国际上有着广泛的学术影响力。

植物与动物的一个重要区别在于植物固着生长，不可移动位置。当植物遇到病原菌侵害时，植物体合成出多种植物激素，启动抗病基因表达，以增强植物的防御能力。乙烯与茉莉素是其中的两类重要防御激素，主要增强植物对腐生性真菌的耐受性。前人报道发现，乙烯与茉莉素协同诱导如ERF1, PDF1.2等与抗病相关的基因表达，但阻断其中任一激素的信号通路，再单独施加另一激素或者同时施加两种激素，均不可以诱导这些基因的表达，暗示这两类激素信号是相互依赖、协同作用的，然而这两类重要激素的信号交叉点尚不清楚。

 郭红卫课题组通过反向遗传学手段，首次证明乙烯信号通路中的重要转录因子EIN3/EIL1是乙烯与茉莉素的信号交叉节点，并介导部分茉莉素对植物根发育的调控作用。此外，该课题组还发现EIN3/EIL1被茉莉素信号通路中的负调控因子 JAZ蛋白家族直接抑制，并揭示出该抑制作用是通过增强组蛋白去乙酰化酶6 (HDA6) 与EIN3/EIL1的直接互作，调节染色质结构而实现。当茉莉素与其受体COI1-JAZ结合后，通过泛素化蛋白酶体途径降解JAZ 蛋白，从而解除HDA6对EIN3/EIL1的抑制作用，启动EIN3/EIL1调控的基因表达。

随着JAZ蛋白的发现和COI1-JAZ共同受体的晶体解析，茉莉素信号通路的分子机制逐渐清晰。该课题组的此项工作是茉莉素信号途径研究中的重要进展，他们鉴定出一类新的JAZ结合的转录因子---EIN3/EIL1；找到一种可能的JAZ抑制子的作用机制；揭示了乙烯与茉莉素信号互作的分子机理。该工作是郭红卫实验室继2009年在PNAS发表光与乙烯调控植物转绿的分子机理，2010年在Plant Cell发表乙烯负调节EBF1/2蛋白水平的工作后在植物激素领域的又一重大研究进展。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Derepression of ethylene-stabilized transcription factors (EIN3/EIL1) mediates jasmonate and ethylene signaling synergy in Arabidopsis

Jasmonate (JA) and ethylene (ET) are two major plant hormones that synergistically regulate plant development and tolerance to necrotrophic fungi. Both JA and ET induce the expression of several pathogenesis-related genes, while blocking either signaling pathway abolishes the induction of these genes by JA and ET alone or in combination. However, the molecular basis of JA/ET coaction and signaling interdependency is largely unknown. Here, we report that two Arabidopsis ET-stabilized transcription factors (EIN3 and EIL1) integrate ET and JA signaling in the regulation of gene expression, root development, and necrotrophic pathogen defense. Further studies reveal that JA enhances the transcriptional activity of EIN3/EIL1 by removal of JA-Zim domain (JAZ) proteins, which physically interact with and repress EIN3/EIL1. In addition, we find that JAZ proteins recruit an RPD3-type histone deacetylase (HDA6) as a corepressor that modulates histone acetylation, represses EIN3/EIL1-dependent transcription, and inhibits JA signaling. Our studies identify EIN3/EIL1 as a key integration node whose activation requires both JA and ET signaling, and illustrate transcriptional derepression as a common mechanism to integrate diverse signaling pathways in the regulation of plant development and defense.

作者简介：

郭红卫 博士

北京大学 生命科学学院 教授、****

主要研究方向：

1 拟南芥中乙烯信号转导及植物激素间相互作用的分子机制
2 植物衰老的激素调控机理
3 小RNA分子和RNA降解的机理研究
4 植物激素的功能基因组和蛋白质组学研究
 
本研究组主要课题是研究植物激素乙烯信号转导的分子机制，以及在植物发育、衰老和胁迫反应中乙烯与其它激素和信号途径的相互作用。我们利用拟南芥作为模式系统，研究乙烯在生长发育过程中信号转导的分子机制，发现了EIN3/EIL1转录因子在乙烯信号途径中的关键作用；阐明了EIN3/EIL蛋白的调控机理，建立了乙烯反应中由泛素/蛋白酶体介导的蛋白降解模型。另外，发现了一个外切核酸酶EIN5在乙烯反应途径中的重要调节作用，揭示了EIN5的作用是通过促进相关基因的mRNA降解来拮抗EIN3蛋白降解，从而建立了乙烯反应中小RNA分子介导的RNA降解模型。同时，我们还发现乙烯和许多植物信号途径（包括光、胁迫条件、病原侵染及其它植物激素）在不同的植物发育及抗性过程中存在复杂的相互作用。因此我们将致力于研究乙烯作用过程的分子步骤及其调控机制，阐明在植物发育、衰老和胁迫抗性中乙烯和其他信号途径的相互作用机理。同时，我们将结合功能基因组学和蛋白质组学来探索系统研究植物信号转导的新方法。