Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Zhang Jinsong vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie (IGDB) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften gewann Erkenntnisse über den Mechanismus, mit dem das Membranprotein MHZ3 mit dem Ethylenrezeptor zusammenarbeitet, um die Phosphorylierung von OsCTR2 (CONSTITUTIVE TRIPLE RESPONSE2) zu regulieren und so die Umschaltung der Ethylensignalisierung im Reis zu steuern.
Das Papier ist veröffentlicht im Journal Naturkommunikation.
Pflanzen können ungünstigen Umgebungen nicht durch Bewegung entgehen, wie es Tiere tun. Stattdessen passen sie sich an veränderte Umgebungen an, indem sie den Hormonspiegel in ihrem Körper dynamisch regulieren.
Ethylen ist ein klassisches gasförmiges Hormon, das in Pflanzen vorkommt und frei zwischen Zellen, Geweben und Individuen diffundieren kann. Kurze Ethylenstöße können die Anpassungsfähigkeit der Pflanzen verbessern, während eine längere Ethylenexposition das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen beeinträchtigen kann. Diese Eigenschaften von Ethylen legen nahe, dass die Einleitung und Beendigung der Ethylensignalisierung ein schneller Prozess sein sollte.
Das Verständnis der frühen Ereignisse der Ethylen-Signalgebung ist jedoch nach wie vor begrenzt.
Zhangs Team nutzte den schnellen Phospho-Shift von OsCTR2, einem negativen Regulator der Reis-Ethylen-Signalisierung, als Reaktion auf Ethylen als empfindlichen Messwert für die Signalaktivierung. Die Analyse eines ethylenunempfindlichen Reismutanten mhz3 ergab, dass MHZ3 mit Ethylenrezeptoren interagiert, um die Phosphorylierung von OsCTR2 zu fördern.
Eine Epistaseanalyse ergab, dass MHZ3- und Ethylenrezeptoren bei der Förderung der OsCTR2-Phosphorylierung voneinander abhängig sind. MHZ3- und Ethylenrezeptoren sind gemeinsam auf der Membran des endoplasmatischen Retikulums lokalisiert.
In der Luft interagiert MHZ3 mit Ethylenrezeptoren der Unterfamilie I und Unterfamilie II, um die Bindung von Ethylenrezeptoren an OsCTR2 zu stabilisieren, die Anheftung von OsCTR2 an die Membran des endoplasmatischen Retikulums zu fördern und dadurch die Phosphorylierungsaktivität von OsCTR2 aufrechtzuerhalten und die Ethylensignalisierung abzuschalten.
Die Ethylenbehandlung unterbricht die Bindung innerhalb des MHZ3-Rezeptor-OsCTR2-Komplexes, verringert die OsCTR2-Phosphorylierung und leitet die nachfolgende Ethylensignalisierung ein.
Frühere Forschungen desselben Teams ergaben, dass MHZ3 ein stabilisierender Faktor für den positiven Regulator OsEIN2 im Reis-Ethylen-Signalweg ist und eine positive regulatorische Rolle spielt. Diese Studie ergab außerdem, dass MHZ3 mit Ethylenrezeptoren interagiert, um die OsCTR2-Phosphorylierung zu regulieren, wodurch es an frühen Ereignissen der Ethylen-Signalisierung beteiligt ist und eine negative regulatorische Rolle spielt.
Die Studie beleuchtete die Doppelrolle von MHZ3 im Ethylen-Signalweg. In Abwesenheit von Ethylen interagiert MHZ3 mit Ethylen-Rezeptoren, um die OsCTR2-Phosphorylierung aufrechtzuerhalten, wodurch OsCTR2 aktiv und die Ethylen-Signalisierung ausgeschaltet bleibt.
In Gegenwart von Ethylen schwächt sich die Interaktion zwischen MHZ3 und Rezeptoren ab, was zur Deaktivierung von OsCTR2 führt, während MHZ3 OsEIN2 umleitet und stabilisiert, wodurch die Ethylensignalisierung aktiv bleibt.
Diese Forschung liefert wichtige Erkenntnisse über die frühen Ereignisse der Ethylen-Signalkaskade und bietet möglicherweise auch ein konzeptionelles Paradigma, das auf andere Signalwege anwendbar ist.
Weitere Informationen:
Xin-Kai Li et al., Membranprotein MHZ3 reguliert den An-/Ausschalter der Ethylensignalisierung in Reis, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50290-4