Nature Commun | 中国农业大学高俊平团队揭示乙烯受体泛素化降解介导月季花朵衰老的分子机制
月季作为世界范围内重要花卉，具有极高的观赏和经济价值。植物激素乙烯是影响月季花朵采后开放品质的重要因素。在流通过程中，乙烯可导致月季切花花朵衰老、花瓣脱落等现象，严重影响切花品质（Ma et al., 2006; Cheng et al., 2021）。乙烯是调控植物发育的关键激素，其受体定位于内质网膜。当乙烯分子与受体结合后，受体发生失活或降解，从而激活下游乙烯信号转导途径。因此，受体蛋白水平的维持机制对于植物乙烯感受具有重要影响。乙烯与受体的半解离期较长，约为10-12 小时，而乙烯处理抑制的幼苗伸长在乙烯撤出90分钟后就能恢复原来的生长速度，这表明植物乙烯响应在植物中的重建和解除过程非常迅速，与乙烯和受体解离时间较长这一点存在矛盾，由此推测植物在重建乙烯响应过程中，受体蛋白可能被快速降解，但迄今为止乙烯受体降解具体过程尚不清楚。近日，中国农业大学高俊平教授团队在Nature Communications在线发表了题为ER-related E2-E3 ubiquitin enzyme pair regulates ethylene response by modulating the turnover of ethylene receptors的研究论文，揭示了一种新型泛素连接酶RED（RING finger for Ethylene receptor Degradation）及其协同作用的泛素结合酶UBC32，通过ERAD途径介导乙烯诱导的乙烯受体ETR3的降解，进而参与调控花器官衰老和果实成熟。该研究以月季切花‘Samantha’为材料，发现乙烯处理诱导花朵的开放和脱落，并且随着花朵开放，乙烯受体基因ETR3表达量逐渐升高，然而在蛋白水平却逐渐下降。乙烯处理诱导ETR3蛋白的降解，且这种降解被蛋白酶抑制剂MG132所抑制，因此推测ETR3可能通过泛素26S蛋白酶体途径降解。研究中以ETR3为诱饵，通过分裂泛素化酵母双杂交文库筛选，获得了与其互作的泛素结合酶UBC32和一个之前未发现的RING型泛素连接酶RED。UBC32和RED的突变体表现出叶片和花朵提前衰老等乙烯敏感表型。生化分析表明，UBC32协同RED对ETR3蛋白进行泛素化修饰，导致ETR3蛋白通过内质网相关蛋白降解ERAD（ERAssociated protein Degradation）途径降解。这些结果显示，乙烯在促进受体蛋白降解的同时，诱导了受体基因的表达，从而实现了新合成的受体蛋白快速取代降解的受体蛋白，维持植物对外界乙烯浓度变化的感知能力（图1）。进一步发现，该受体降解机制在番茄中也同时存在，调控了番茄果实成熟进程，说明这一机制在高等植物中具有保守性。这一发现，从乙烯受体周转的角度，为理解植物乙烯敏感性的调节机制提供了新的见解。图1 UBC32-RED介导了乙烯受体通过ERAD途径降解中国农业大学高俊平教授团队近年来在月季花朵品质形成和衰老的分子机制研究，以及抗衰老月季新品种选育等方面取得一系列进展。首次实现了对四倍体现代月季单倍型解析的高质量组装，明确了现代月季（Rosa hybrida）的起源及育种过程（Nature Plants，2024，封面论文）；揭示了一个E3泛素连接酶组分RhSAF介导了乙烯和赤霉素的拮抗从而调节月季花瓣衰老的分子机制（Plant Cell，2024）；发现了细胞分裂素代谢对花瓣早期生长的表观遗传学调控机制（Nature Communications，2023）；发现了乙烯和生长素互作，调节花瓣脱落的调控网络（Plant Cell，2020）；首次发现了水通道蛋白作为信号感受器，平衡月季植株抗旱性和切花产量的分子生理机制（Nature Plants，2019，F1000推荐）等。 中国农业大学的赵清翠博士为该论文的共同第一作者，马男、高俊平和周晓锋为共同通讯作者。中国农业大学的陈倩副教授、深圳职业技术大学的李永红教授和中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员等也参与了相关工作。中国农业大学园艺学院的孙亮副教授提供了论文中番茄相关内容的指导。该项研究得到科技部重点研发专项、国家自然科学基金委重点项目、北京市科技创新与服务能力拔尖学科建设项目，以及深圳职业技术大学博士后启动基金的资助。https://www.nature.com/articles/s41467-025-61066-9
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