文：回溯档案
编辑：回溯档案
植物激素是天然存在于植物中的有机化合物，即使浓度较低，也能协调广泛的生理过程，包括生长和发育，以及对非生物和生物胁迫的反应。
这些激素通过快速诱导或防止转录调节因子的降解来重叠信号转导途径或基因表达谱。
在所有已描述的植物激素中，乙烯是一种在幼苗中天然存在的三重反应生长调节剂，自古以来就已被研究，乙烯还参与叶片脱落、果实成熟和衰老以及种子发芽、淹水条件下不定根的生长、上位刺激、芽生长抑制以及气孔关闭和开花。
此外，它还涉及多种应激，包括受伤、病原体攻击、洪水、干旱、缺氧和温度变化。
乙烯生物合成源自阳循环提供的氨基酸蛋氨酸，其中前体S-腺苷蛋氨酸(AdoMet或SAM)是由ATP和蛋氨酸通过S-腺苷蛋氨酸合成酶(SAMS；EC2.5.1.6)合成的。
然后，AdoMet通过1-氨基环丙烷-1-羧化酶合酶（ACS，EC4.4.1.14）转化为1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）和5-甲硫腺苷（MTA），MTA通过一系列阳循环反应再循环回到蛋氨酸。
拟南芥中的活性ACS由8个基因编码，其中至少有一个基因编码催化失活ACS(AtACS1)，根据其C端区域中存在的序列，这些蛋白质可分为三个主要组：I型蛋白质。
它们是丝裂原激活蛋白激酶3和/或6磷酸化的靶标.11.24)以及钙依赖性蛋白激酶；II型蛋白，仅显示CPK的磷酸化位点；和III型蛋白质，其C末端部分大大减少，并且不存在任一激酶的磷酸化位点。
此外，ACS可以通过推定的内源信号受体(即植物激素)和/或次生代谢物(例如钙)的细胞内积累来调节，在没有内源信号的情况下，II型ACS会被26S蛋白酶体降解。
这种降解是由ETO蛋白（乙烯过量产生者）和EOL（ETO样）介导的，它们是具有E3泛素连接酶结构域的特定植物蛋白的成员，这一过程激活激酶蛋白信号传导，最终导致II型ACS的稳定。
此外，MPK3-6激酶能够磷酸化I型ACS的C末端，从而通过26S蛋白酶体途径保留并稳定其降解，从而增加乙烯的产生并诱导其他乙烯依赖性信号传导途径。
直接负责乙烯生物合成的酶是1-氨基环丙烷-1-酸羧氧化酶，它将ACC转化为这种植物激素。
一种从植物蛋白提取物中纯化的酶，但未提及其各自的基因。除了通过代谢途径形成MACC外，ACC还可以在γ-谷氨酰转肽酶催化的反应中以1-谷氨酰-ACC（GACC）的形式缀合。
另一种可能的ACC代谢途径是由ACC脱氨酶（ACD；EC3.5.99.7）催化的反应，该酶将ACC降解为氧代丁酸（或OXB；2-氧代丁酸）和氨（NH3），从而降低可用于乙烯生产的ACC。
乙烯细胞内信号转导的经典途径最初在拟南芥中描述，是由气体与膜受体的相互作用和CTR1的调节，调节多个基因表达的活性，例如在没有乙烯的情况下，受体和CTR1都充当信号转导途径的负调节因子。
激酶CTR1磷酸化EIN2（乙烯不敏感2）C末端结构域，从而实现该蛋白的降解，ETP1和ETP2（EIN2靶向蛋白）在EIN2蛋白水解中发挥重要作用。
这些具有F-box结构域的蛋白质与先前被CTR1磷酸化的保守EIN2C末端结构域相互作用，因此在没有乙烯的情况下，磷酸化的EIN2C端结构域被泛素化，然后被26S蛋白酶体降解。
然而，在乙烯存在的情况下，EIN2结构域不会被磷酸化，而是被切割并转运至细胞核，通过抑制EBF（EIN3结合F-box蛋白）的IN3/EIL活性。
因此，EIN3/EINL诱导靶基因的转录，主要是AP2/ERF转录因子超家族，早期研究还表明，EIN3/EIL激活途径独立于EIN2和CTR，通过激酶蛋白MKK4-5-9(EC2.7.12.2)→MPK3-6的磷酸化级联，其被丝裂原激活。
在存在信号的情况下，EIN3/EIL转录因子被MPK3-6磷酸化，并且不与F-box蛋白EBF相互作用，从而防止其通过26S蛋白酶体降解。
因此这些在细胞核中积累的因子与靶基因启动子相互作用并触发不同的乙烯反应，此外另一种正调节因子核糖核酸外切酶可促进EBFmRNA减少，从而增加细胞核中EIN3/EIL蛋白水平。
一些报告表明ACC代谢物可以与其他有机分子结合，不同的研究表明，多种植物组织中的ACCN-丙二酰化途径参与乙烯产生的调节，其中缀合物1-丙二酰-ACC(MACC)由1-氨基环丙烷-1-酸羧酸-N-形成丙二酰转移酶。
一种从植物蛋白提取物中纯化的酶，但未提及其各自的基因。除了通过代谢途径形成MACC外，ACC还可以在γ-谷氨酰转肽酶催化的反应中以1-谷氨酰-ACC（GACC）的形式缀合。
另一种可能的ACC代谢途径是由ACC脱氨酶催化的反应，该酶将ACC降解为氧代丁酸和氨，从而降低可用于乙烯生产的ACC，ACD基因首先在拟南芥和杨树中被发现，对番茄植物的研究表明，ACD活性在果实成熟过程中发生变化，其峰值活性与乙烯合成的减少一致。
考虑到大豆在巴西经济中占据的重要地位，世界第二大大豆生产国巴西大豆基因组联盟（GENOSOJA）应运而生，以鉴定与不同生物和非生物胁迫相关的基因。
由于还没有关于大豆中乙烯分子机制的报道，因此这项工作使用各种数据库在计算机上描述了大豆基因组中的乙烯代谢途径，通过RT-qPCR实验验证了从GENOSOJA数据库获得的基因表达谱数据，并测定了缺水条件下敏感和耐受大豆基因型的游离ACC水平和乙烯产量。
此外，通过分析假定的转录调控顺式作用元件存在于可能的启动子中，这些数据可以推断出第一个准确的大豆乙烯生物合成和信号转导的计算机模型，从而有助于更好地理解这种重要植物激素所涉及的分子机制。
为了评估乙烯大豆乙烯分子模型的计算机重建
对大豆水分胁迫反应的影响，有必要重建代谢途径以改进公共数据库中的代谢途径，因此我们在作物基因组中进行了广泛的搜索，寻找先前与乙烯生物合成和信号转导相关的基因。
因此总共分析了322个基因，其中146个对应于模式植物，176个对应于大豆，所有大豆基因都被映射到各自的染色体上并进行功能注释。
在模式植物拟南芥和水稻以及大豆中鉴定的蛋白质彻底的计算机表征，使得识别主要特征域成为可能，通过BBH分析研究拟南芥和O.sativa中的大豆直系同源蛋白，比较三个物种数据库，根据这些数据，已经提出了乙烯生物合成和信号转导的精确大豆模型。
大豆乙烯生物合成模型
基于拟南芥乙烯生物合成模型，将大豆与该代谢途径相关的108个基因分为三组：阳循环基因（21.3%）；乙烯生物合成（44.4%）；ACC缀合或降解(34.3%)。
车前子和拟南芥中通过杨循环进行蛋氨酸再循环反应的模型，基于这项工作，我们提出了大豆中这一途径的计算机模型，其中鉴定了所有成分的同源物：MTN（5-甲硫腺苷核苷酶；EC3.2.2.16）、MTK（5-甲硫核糖激酶；EC2.7）。
1.100）、MTI（5-甲基硫核糖-1-磷酸异构酶；EC5.3.1.23）、DEP（脱水酶-烯醇化酶-磷酸酶复合物；EC4.2.1.109和3.1.3.77）、ARD（乙酰还原酮双加氧酶；EC1.13.11.53和AAT或ASP。
通过BHH实验在计算机中鉴定出每种已鉴定的酶在拟南芥和/或水稻中至少具有一种直向同源物，这表明该途径在不同植物物种中可能具有保守性。
考虑到具有乙烯介导的转导信号的组，我们观察到55.9%的推定启动子中存在EINL元件，16.8%的推定启动子中存在GCCF。我们还在超过70.0%的分析序列中检测到JARE元件。
此外，其他研究报告称，在洪水条件下生长的植物中，乙烯产生的水平高于缺水条件下获得的水平，我们还认为，快速失水引起的温度自然升高可以用乙烯生物合成的增加来解释，因为酶的活性也迅速增加。
由于乙烯在空气中的扩散比在液体中更快，并且在水培条件下缺水和脱水更快，因此我们认为植物在干燥发生之前没有足够的时间开始分子反应，一种解释可能是，当短时间间隔缺水时，乙烯生物合成和信号转导仍然与正常生长条件下相似。
因此，当应激持续时间增加时，信号转导可能会强烈下降。事实上，植物从洪水胁迫转变为缺水胁迫，可能会激活不同的反应来替代正常的缺水反应，因为我们甚至在施加压力之前就观察到许多基因的差异表达。
GENOSOJA数据库的分析最好通过下一代测序实验来补充，以取代SSH方法和盆栽系统栽培，而不是水培条件下的栽培。
结论
这项研究首次提出了大豆乙烯生物合成和信号传导的准确模型，根据目前可用的数据库，除ETP基因外，鉴定出与拟南芥中几乎所有特征途径成分同源的大豆基因和蛋白质，描述了大豆推定启动子中存在的顺式作用元件，以推断可能的模型和与乙烯直接相关的信号通路的调节以及它们与其他代谢途径的通讯。
RT-qPCR实验对于大豆转录组数据的验证非常重要，并可用于评估ACS和ACO的诱导动力学大豆基因，最后，在水分胁迫条件下，观察到大豆品种中乙烯及其前体的产生水平的变化。
通过整合所有数据，可以做出许多推论，其中乙烯在大豆水分胁迫反应中的参与最为突出，此外这项工作表明，乙烯介导的反应的调节可能受到多种外源和内源因素的影响，表明这些各种因素的平衡决定了不同刺激反应的质量和强度。
有必要进行进一步的研究，以继续阐明大豆乙烯配位涉及的体内分子机制，以证实我们的观察结果，并促进提高品种对各种胁迫耐受性的生物技术策略。
参考文献
【1】乔治亚州格拉什琴科夫(Gerashchenkov)，纳州罗日诺娃(Rozhnova)。植物激素参与植物性别调节。拉斯·J·植物生理学。2013；60(5)：597–610。
【2】ForcatS，BennettM，MansfieldJ，GrantM。一种快速而稳健的方法，用于同时测量生物和非生物胁迫后植物中植物激素ABA、JA和SA的变化。植物方法。2008；4(1)：16-23。
【3】巴里·R，琼斯JDG。植物激素在植物防御反应中的作用。植物分子生物学。2009；69(4)：473–88。
【4】SantnerA，EstelleM。泛素蛋白酶体系统调节植物激素信号传导。植物杂志，2010；61(6)：1029–40。
【5】怀疑SL。植物对照明气体的反应。机器人加兹。1917；63(3)：209-24。
