Onderzoekers onder leiding van prof. Zhang Jinsong van het Instituut voor Genetica en Ontwikkelingsbiologie (IGDB) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS), gewijd aan de studies van de ethyleensignaleringsroute en de regulatie ervan in rijst, hebben onlangs een nieuwe overspraak onthuld tussen de fytohormonen ethyleen en auxine op een voorheen ondergewaardeerd niveau. De resultaten zijn gepubliceerd in The Plant Cell op 16 augustus.

Ethyleen speelt een belangrijke rol bij de aanpassing van planten aan het milieu. Auxine is essentieel voor de ontwikkeling van planten. Al meer dan drie decennia is de ethyleensignaleringsroute uitgebreid bestudeerd met behulp van de fenotypische verandering in "drievoudige respons" van Arabidopsis. Rijst is een semi-aquatische eenzaadlobbige plant, de ethyleenreacties van zijn jonge zaailingen vertonen normaal gesproken de zogenaamde "dubbele reactie", namelijk het bevorderen van de coleoptiel/mesocotyl-verlenging terwijl de wortelverlenging wordt geremd.

In de afgelopen jaren heeft het laboratorium van prof. Zhang door analyse van een reeks mao hu zi (mhz)-mutanten de ethyleensignaleringsroute in rijst geïdentificeerd. De belangrijkste componenten van deze route lijken erg op die in Arabidopsis. Zijn team ontdekte echter ook nieuwe regulatoren en een extra signaalroute voor vertakkingen in rijst. Bovendien bleken andere fytohormonen, zoals het abscisinezuur, jasmonzuur en auxine, deel te nemen aan de reactie op rijst-ethyleen.

In deze studie ontdekten ze verder dat mutatie van het MAO HU ZI10/tryptofaan aminotransferase-gerelateerde (MHZ10/OsTAR2) gen in de auxinebiosyntheseroute ervoor zorgt dat rijstwortels niet reageren op ethyleen.

Genetische en moleculaire analyses hebben aangetoond dat de transcriptieregulator OsEIL1 in de ethyleensignaleringsroute de expressie van MHZ10/OsTAR2 in de wortel-ethyleenrespons direct opreguleert.

De onderzoekers gingen niet voorbij aan een ongewoon fenomeen dat geen ethyleenrespons van MHZ10/OsTAR2-expressie in de mhz10-mutanten was. Door zich op dit punt te concentreren, ontdekten ze positieve feedback van auxine naar ethyleen op het signaalniveau.

In deze feedbackregulatie interageren de OsIAA1/9 en OsIAA21/31 in de auxine-signaleringsroute met OsEIL1 en vertonen verrassend promotorische activiteit en onverwachte repressieve activiteit voor OsEIL1 door respectievelijk de acetylering of deacetylering van histon te mediëren. Het kan rijstwortel helpen om snel te reageren op omgevingsstress.

Deze studie geeft een dieper inzicht in de interactie tussen ethyleen en auxine in rijst en zal de optimalisatie van wortelgroei in rijstvariëteiten in reactie op verschillende omgevingsveranderingen vergemakkelijken. + Verder verkennen

Onderzoekers onthullen nieuw ethyleen-signaleringsmechanisme in rijstwortels