Forscher unter der Leitung von Prof. Zhang Jinsong vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie (IGDB) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS), die sich der Erforschung des Ethylen-Signalwegs und seiner Regulation in Reis widmen, haben kürzlich einen neuen Austausch zwischen der Phytohormone Ethylen und Auxin auf einem zuvor unterschätzten Niveau. Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Die Pflanzenzelle am 16.08.
Ethylen spielt eine wichtige Rolle bei der Umweltanpassung von Pflanzen. Auxin ist essentiell für die Pflanzenentwicklung. Seit mehr als drei Jahrzehnten wird der Ethylen-Signalweg anhand der phänotypischen Veränderung der „Triple Response“ von Arabidopsis ausgiebig untersucht. Reis ist ein semi-aquatischer monokotyler Reis, die Ethylenreaktionen seiner jungen Sämlinge zeigen normalerweise die sogenannte „doppelte Reaktion“, nämlich Förderung der Streckung der Koleoptile/Mesocotyle, während die Streckung der Wurzel gehemmt wird.
In den letzten Jahren hat das Labor von Prof. Zhang durch die Analyse einer Reihe von Mao-hu-zi-Mutanten (mhz) den Ethylen-Signalweg in Reis identifiziert. Die Hauptkomponenten dieses Weges sind denen in Arabidopsis sehr ähnlich. Sein Team entdeckte aber auch neue Regulatoren und einen zusätzlichen verzweigten Signalweg im Reis. Außerdem wurde festgestellt, dass andere Phytohormone, wie Abscisinsäure, Jasmonsäure und Auxin, an der Reis-Ethylen-Reaktion beteiligt sind.
In dieser Studie fanden sie weiter heraus, dass die Mutation des MAO HU ZI10/Tryptophan-Aminotransferase-verwandten (MHZ10/OsTAR2)-Gens im Auxin-Biosyntheseweg dazu führt, dass Reiswurzeln nicht mehr auf Ethylen reagieren.
Genetische und molekulare Analysen bewiesen, dass der Transkriptionsregulator OsEIL1 im Ethylen-Signalweg die MHZ10/OsTAR2-Expression in der Wurzel-Ethylen-Antwort direkt hochreguliert.
Die Forscher haben ein ungewöhnliches Phänomen nicht außer Acht gelassen, dass keine Ethylenantwort von MHZ10/OsTAR2 in den mhz10-Mutanten exprimiert wird. Sie konzentrierten sich auf diesen Punkt und deckten eine positive Rückkopplung von Auxin zu Ethylen auf der Signalebene auf.
Bei dieser Rückkopplungsregulierung interagieren OsIAA1/9 und OsIAA21/31 im Auxin-Signalweg mit OsEIL1 und zeigen eine überraschend fördernde Aktivität und eine unerwartet repressive Aktivität gegenüber OsEIL1, indem sie die Acetylierung bzw. Deacetylierung von Histon vermitteln. Es kann der Reiswurzel helfen, schnell auf Umweltbelastungen zu reagieren.
Diese Studie liefert ein tieferes Verständnis der Wechselwirkung zwischen Ethylen und Auxin in Reis und wird die Optimierung des Wurzelwachstums in Reissorten als Reaktion auf verschiedene Umweltveränderungen erleichtern.
Yang Zhou et al., Rice EIL1 interagiert mit OsIAAs, um die Auxin-Biosynthese zu regulieren, die durch die Tryptophan-Aminotransferase MHZ10/OsTAR2 während Wurzel-Ethylen-Antworten vermittelt wird, Die Pflanzenzelle (2022). DOI: 10.1093/plcell/koac250