通过改变乙烯受体 ETR1 的乙烯结合亲和力调控植物生长发育：机制与应用

　　为探究乙烯受体 ETR1 乙烯结合亲和力变化对植物生长和乙烯响应的影响，研究人员构建转基因拟南芥，对比 ETR1^wt和 ETR1^D25N功能。结果发现该变化影响植物生长和乙烯响应，且植物对乙烯敏感性比之前认知更高，为相关研究和应用提供理论依据。

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　　在植物的生长历程中，乙烯这位 “神秘使者” 发挥着极为关键的作用。它不仅能调控种子的萌发，决定幼苗是破土而出还是继续沉睡，还在植物的生根、长叶、开花、结果，甚至衰老凋零等各个阶段都扮演着重要角色。然而，目前科学家们对于植物感知乙烯的具体机制，尤其是乙烯受体的特性和功能，还存在许多未解之谜。就好比在黑暗中摸索前行，虽然已经知道乙烯受体在其中起着关键作用，但对于其如何精确地调控植物生长和发育，仍知之甚少。

为了揭开这些谜团，来自达特茅斯学院（Dartmouth College）等多个研究机构的科研人员展开了深入研究。他们将目光聚焦在拟南芥的乙烯受体 ETR1 上，致力于探究其乙烯结合亲和力的变化对植物生长和乙烯响应的影响。经过一系列严谨的实验和分析，研究人员发现，ETR1 的乙烯结合亲和力变化确实会显著影响植物的生长和对乙烯的响应，而且植物对乙烯的敏感性比以往认知的更高。这一研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上，为植物生长发育的研究开辟了新的道路，也为农业生产等领域提供了极具价值的理论支持。

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研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是通过转基因技术，将 ETR1^wt和 ETR1^D25N基因在不同突变背景的拟南芥中进行表达；二是利用 CRISPR - Cas9 技术对相关基因进行编辑，构建特定的突变体；三是采用免疫印迹分析来检测 ETR1 蛋白水平；四是运用 RNA 表达分析技术，通过 RT - qPCR 检测基因表达情况。

下面详细介绍研究结果：

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• 生成转基因品系以研究 ETR1 乙烯结合亲和力在拟南芥中的作用：研究人员为了对比 ETR1^wt和 ETR1^D25N的功能，在 etr1 etr2 ein4 ers1 ers2 五重突变体背景下，从天然 ETR1 启动子中转基因表达它们的基因。由于直接使用 CRISPR - Cas9 技术未能成功获得 tETR1^wt(etr1 etr2 ein4 ers1 ers2) 品系，他们通过杂交和基因分型的方法最终获得了该品系，为后续研究奠定了基础。
• ETR1 乙烯结合亲和力对地上部分生长的影响：在含有野生型受体 ERS1 和 ERS2 的背景下，ETR1^wt和 ETR1^D25N对拯救 etr1 etr2 ein4 三重突变体地上部分生长的效果相似。但在缺乏所有五个天然受体的背景下，tETR1^wt(etr1 etr2 ein4 ers1 ers2) 的莲座叶面积和直径明显小于 tETR1^D25N品系，表明其地上部分对乙烯的响应更强。
• ETR1 乙烯结合亲和力对黑暗中生长的幼苗对乙烯的三重响应的影响：在 etr1 etr2 ein4 三重突变体背景下，ETR1^wt和 ETR1^D25N对拯救黑暗中生长的幼苗的下胚轴生长缺陷效果相似，但在 etr1 etr2 ein4 ers1 ers2 背景下，ETR1^wt品系对低浓度乙烯更为敏感，在低浓度乙烯处理下，其下胚轴生长抑制更为明显，而 ETR1^D25N品系在低浓度乙烯下反应较弱。同时，研究还发现 etr1 etr2 ein4 三重突变体和 tETR1^wt(etr1 etr2 ein4 ers1 ers2) 品系对内生乙烯更为敏感。
• ETR1 乙烯结合亲和力对幼苗对乙烯的短期动力学生长响应的影响：通过对黑暗中生长的幼苗进行短期动力学分析，发现野生型幼苗对低浓度乙烯表现出短暂的生长响应，etr1 etr2 ein4 三重突变体在乙烯处理后维持较低的生长速率，tETR1^wt(etr1 etr2 ein4 ers1 ers2) 和 tETR1^D25N(etr1 etr2 ein4 ers1 ers2) 品系的短期动力学响应介于野生型和 etr1 etr2 ein4 之间，且 tETR1^wt品系对乙烯的抑制生长响应更强，恢复动力学更慢。在 0.1 nL/L 乙烯浓度下，tETR1^wt品系能表现出下胚轴生长抑制，而野生型和 tETR1^D25N品系则无明显反应，表明 ETR1^wt对乙烯的亲和力更高，能在更低浓度下介导生理响应，同时也揭示了拟南芥幼苗对乙烯的感知能力比之前认为的更强。
• ETR1 乙烯结合亲和力对幼苗对乙烯的分子响应的影响：通过检测乙烯诱导或抑制的基因表达，发现所有品系对 1 μL/L 乙烯都有响应，但 ETR1^D25N品系在 0.01 μL/L 乙烯浓度下的响应比 tETR1^wt品系更弱。在基因表达分析中，基于 0.01 μL/L 乙烯处理，tETR1^D25N(etr1 etr2 ein4 ers1 ers2) 品系相较于 tETR1^wt(etr1 etr2 ein4 ers1 ers2) 品系对乙烯的敏感性更低。

研究结论和讨论部分指出，乙烯受体 ETR1 与乙烯的结合亲和力对植物生长和发育至关重要。Asp25Asn 突变导致 ETR1 的乙烯结合亲和力降低 100 倍以上，这种变化在植物的生长和乙烯响应中表现明显，剂量响应分析表明植物敏感性差异与受体乙烯结合亲和力差异相符。此外，研究还发现植物对乙烯的敏感性比之前认知的更高，一些突变体能够检测并响应极低浓度的乙烯。虽然目前对于受体如何介导对低浓度乙烯的响应机制尚未完全明确，但研究人员推测可能存在信号放大机制。同时，该研究成果在自然和商业领域都具有重要意义，例如在自然环境中，某些蓝藻中的乙烯受体变体对乙烯浓度变化更敏感，有助于其趋化和光趋化；在商业方面，有望开发出更灵敏的乙烯纳米传感器，用于农业和工业生产中对乙烯浓度的监测。总之，这项研究为深入理解植物乙烯信号转导机制提供了重要依据，也为相关领域的应用开发提供了新的思路和方向。

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