俗话说： “ 好兄弟高打墙，亲戚朋友远离乡。 ” 意思是说，如果想兄弟之间和睦相处，就必须在两家之间打一堵墙隔离，如果想亲戚朋友之间的关系好，那就必须要离得远一点。正所谓，距离产生美。 我们在上一讲中提到，乙烯受体家族一共有 “ 五兄弟 ” 。和我们人类一样，乙烯受体家族成员一多，肯定就不可避免地惹出许多麻烦，生出许多事端。那么， 这些成员之间有没有什么远近亲疏呢？植物为什么要进化出这么多受体，它们之间的功能又有什么分化呢？下面，让我们一起来看一下乙烯受体家族里的那些“爱恨情仇”。 1. 乙烯受体家族的分类 首先，我们来看一看乙烯受体家族的分类。总体来看，乙烯受体家族主要包括以下几个保守的结构域：一个负责和乙烯结合的 N 端，一个 GAF 结构域以及一个蛋白激酶结构域。另外，其中的三个受体（ ETR1 、 ETR2 和 EIN4 ）的 C 端还有一个接收结构域（ receiver domain ）。根据乙烯结合结构域的蛋白序列相似性，可将乙烯受体分为两个亚家族。亚家族 I 包括 ETR1 和 ERS1 ，它们具有组氨酸激酶活性所必需的氨基酸残基，具有组氨酸激酶的活性。亚家族 II 包括 ETR2 、 ERS2 和 EIN4 ，它们的组氨酸激酶结构域退化，具有丝 / 苏激酶的活性。另外，亚家族 II 的 N 端还多了一段氨基酸序列，可能具有信号肽的作用。非常有意思的一点是， ERS1 既有组氨酸激酶的活性，又有丝 / 苏激酶的活性。由此可见，和其他植物激素比，乙烯受体具有更强的结构和功能的复杂性。 乙烯受体的分类（ Lacey等，2014） 2. 乙烯受体的功能分化 正如我们人类讲究长幼尊卑，许多生物学过程也是要讲究次序的。既然乙烯受体家族有这么多成员，那么这五个成员在乙烯信号转导中是起到同等重要的作用，还是也有一定的主次之分呢？ 2003 年， Anthony B. Bleecker 实验室在 The Plant Cell 上发表一篇题为 Analysis of combinatorial loss-of-function mutants in the Arabidopsis ethylene receptors reveals that the ers1 etr1 double mutant has severe developmental defects that are EIN2 dependent 的文章。文章中对乙烯受体 loss of function 突变体进行不同的组合，构建了多种组合的双突和多突。对这些突变体表型进行观察后发现，对于拟南芥黄化苗，所有的乙烯受体突变体组合都表现出部分的组成型乙烯反应，但对外源乙烯处理仍有反应，这也在此说明了乙烯受体家族存在功能冗余。而对于生长在光照下的幼苗， ers1etr1 双突的生长发育受到更加明显的影响，比如莲座叶变小，晚花以及不育，说明乙烯受体亚家族 I 在光下拟南芥的生长发育过程中具有更重要的作用。 ers1etr1双突的表型（Hall等，2003） 2007 年， Schaller, G. E 实验室在 BMC Plant Biology 上发表题为 A strong constitutive ethylene-response phenotype conferred on Arabidopsis plants containing null mutations in the ethylene receptors ETR1 and ERS1 的文章，对乙烯受体亚家族 I 的功能进行了详细的研究。研究发现， etr1ers1 loss of function 双突表现出非常严重的组成型乙烯反应表型，说明亚家族 I 可能在乙烯信号转导通路中发挥更重要的作用。同时，将 ETR1 转化到双突中即可完全回复突变体的乙烯反应表型。另外， etr1ers1 仍然具有一定的乙烯反应，说明乙烯受体亚家族 II 可以独立行使部分乙烯受体的功能。 etr1ers1双突的组成型乙烯反应（Qu等，2007） 2010 年，中科院上海植生所文啟光课题组在 BMC Plant Biology 上发表文章 Genetic and transformation studies reveal negative regulation of ERS1 ethylene receptor signaling in Arabidopsis 。研究发现，在含有野生型 ETR1 的乙烯受体突变体中引入 ers1 突变，反而会减轻其组成型乙烯反应表型，而过表达 ERS1 则增强对植物生长的抑制，说明在调控乙烯反应方面， ERS1 具有双重作用：抑制乙烯反应，以及依赖于 ETR1 的促进乙烯反应。关于这一双重功能是如何实现以及如何调控的，仍需进一步研究。 ERS1的双重作用（Liu等，2010） 2012 年，上海植生所文啟光课题组一鼓作气，在 Plant Physiology 上发表文章 Arabidopsis ETR1 and ERS1 differentially repress the ethylene response in combination with other ethylene receptor genes ，创新性地将 ETR1 和 ERS1 显性突变导入乙烯受体 loss of function 五突（ 5LOF ）中，观察显性突变对五突乙烯反应的恢复情况，研究基因的功能。研究发现，将 etr1-1 显性突变导入 5LOF 中，杂交后代表现出乙烯不敏感的表型，说明 etr1-1 可独立于其他乙烯受体，抑制拟南芥的乙烯反应。而 ers1-1 显性突变对乙烯反应的抑制依赖于 ETR1 和 EIN4 。以上结果说明，不同的乙烯受体之间可能发生互作，共同调控植物复杂的乙烯反应。 etr1-1显性突变可独立地抑制拟南芥乙烯反应（Liu等，2012） 3. 乙烯受体多样化的意义 除了拟南芥，在其他植物中（比如番茄）也发现了乙烯受体家族，这说明乙烯受体家族并不是拟南芥所特有的，更不是拟南芥基因组复制造成的。那么， 乙烯受体家族的存在有什么意义呢？ 对于这一问题，科学家们有许多假设： (1) 不同受体对乙烯的亲和性可能不同，它们分工合作，共同感知不同浓度的乙烯； (2) 在转录水平，不同的受体对乙烯的反应不同，受体特异的乙烯响应模式，可能会引起不同的乙烯反应； (3) 受体在植物中的表达模式不同，这可能和植物在不同生长发育时期，各个组织和器官不同的乙烯反应有关； (4) 不同的受体，可能和不同的下游因子互作，或者和同一因子具有不同的亲和性； (5) 受体之间可能存在复杂的互作模式，相互影响，共同调控乙烯反应。 总之，由于乙烯在生物的生长发育以及响应外界环境的过程中具有非常重要的作用。 乙烯受体的复杂性，可能是乙烯功能复杂性和重要性的结果。 【参考文献】 Lacey, R. F., Binder, B. M. (2014). How plants sense ethylene gas—The ethylene receptors.Journal of inorganic biochemistry,133, 58-62. Gallie, D. R. (2015). Ethylene receptors in plants-why so much complexity?.F1000prime reports,7. Hall, A. E., Bleecker, A. B. (2003). Analysis of combinatorial loss-of-function mutants in the Arabidopsis ethylene receptors reveals that the ers1 etr1 double mutant has severe developmental defects that are EIN2 dependent.The Plant Cell,15(9), 2032-2041. Qu, X., Hall, B. P., Gao, Z., Schaller, G. E. (2007). A strong constitutive ethylene-response phenotype conferred on Arabidopsis plants containing null mutations in the ethylene receptors ETR1 and ERS1.BMC Plant Biology,7(1), 3. Liu, Q., Xu, C., Wen, C. K. (2010). Genetic and transformation studies reveal negative regulation of ERS1 ethylene receptor signaling in Arabidopsis.BMC plant biology,10(1), 60. Liu, Q., Wen, C. K. (2012). Arabidopsis ETR1 and ERS1 differentially repress the ethylene response in combination with other ethylene receptor genes.Plant Physiology, pp-111. Hua, J., Meyerowitz, E. M. (1998). Ethylene responses are negatively regulated by a receptor gene family in Arabidopsis thaliana. Cell, 94(2), 261-271. 欢迎关注 BioArt植物 微信公众号
自从 ETR1 基因被成功克隆后，关于乙烯受体方面的研究就开始层出不穷。人们逐渐发现， 乙烯受体并非 “ 一枝独秀 ” ，而是由多个 “ 兄弟 ” 组成了一个受体家族 。我们可以把 ETR1 比作乙烯受体家族创业的开拓者，它完成了最原始的积累，并带领着其他成员一路开疆拓土，创建了显赫的乙烯受体家族。 下面就让我们一起扒一扒乙烯受体家族的 “ 发家史 ” 吧 。 在上一讲中，我们曾经提到过， Elliot M. Meyerowitz 实验室 1993 年发表的克隆 ETR1 的 Science 文章中发现了一个非常有意思的现象：当用 ETR1 基因和拟南芥基因组 DNA 杂交时，可筛选到多条片段，说明 ETR1 可能存在一个基因家族。那么这些基因是什么，它们和乙烯信号转导到底有什么关系呢？在接下来的几年里， Elliot M. Meyerowitz 实验室对这一科学问题进行了深入细致的研究。 1995 年， Elliot M. Meyerowitz 实验室在 Science 上发表文章 Ethylene insensitivity conferred by Arabidopsis ERS gene 。他们以 ETR1 的 cDNA 为探针，对拟南芥基因组 DNA 文库进行 筛选，筛选到一个同源基因，命名为 ERS （ ethylene response sensor ）。 ERS 定位在 2 号染色体上，编码 613 个氨基酸，和 ETR1 蛋白具有 67% 的一致性（ identity ），但是比 ETR1 短了 125 个氨基酸。 ERS 的 N 端（ 1-321 ）和 ETR1 的相似性为 75% ，在蛋白质数据库中没发现已知结构域注释； C 端含有一个预测的组氨酸激酶结构域，和 ETR1 具有 58% 的相似性，但是少了一个 receiver domain 。值得注意的是，在对乙烯反应突变体的正向遗传学筛选中，一共筛选到了 4 个 ETR1 等位突变（ etr1-1 至 etr1-4 ），这 4 个突变位点分布在 3 个疏水结构域中，而在 ERS 中，这 4 个位点都是保守的。 虽然 ERS 和 ETR1 具有一定的相似性，但是它在乙烯信号转导中发挥什么作用呢？在 etr1-4 突变体中， ETR1 蛋白第 62 的 Ile 被 Phe 替换，导致显性的乙烯不敏感。既然这个位点在 ERS 中也是保守的，那么 ERS 中发生相同的突变后，会发生什么呢？科研人员利用定点突变的方法，将相同的突变引入 ERS 中，并转化拟南芥。和 etr1-4 相同，转化 ers 的拟南芥黄化苗也表现出显性的乙烯不敏感表型，并且在其他生长时期同样也都对乙烯不敏感。以上结果说明， ERS 可能具有和 ETR1 类似的乙烯受体功能。 ers-1 转化拟南芥导致乙烯不敏感（ Hua 等， 1995 ） 在对拟南芥乙烯反应突变体筛选的过程中， Elliot M. Meyerowitz 课题组还筛选到了另外一个显性的乙烯不敏感突变体 etr2-1 。 1998 年，相关研究成果以 ETR2 is an ETR1-like gene involved in ethylene signaling in Arabidopsis 为题发表在 The Plant Cell 上。通过图位克隆，鉴定到了位于 3 号染色体上的 ETR2 基因。 etr2-1 编码区发生了一个 C 到 T 的突变，导致第 66 位的氨基酸由 Leu 突变为 Pro ，而这一位点处于乙烯受体家族非常保守的区域。将 etr2-1 基因转化到野生型拟南芥中，导致转基因植株出现显性的乙烯不敏感表型，说明 etr2-1 突变体的表型确实是由 ETR2 基因突变所致。 对蛋白序列分析发现， ETR2 编码 773 个氨基酸，和之前鉴定的乙烯受体 ETR1 以及 ERS 具有较高的相似性。蛋白结构方面， ETR2 和 ETR1 具有相同的结构域：一个 N 端结构域，一个可能的组氨酸激酶结构域以及一个接收结构域（ receiver domain ），而 ERS 的接收结构域缺失。但是，就蛋白序列的相似性而言， ETR1 和 ERS 的相似性更高（ 79% ），而 ETR2 与 ETR1 和 ERS 的相似性相对较低（ 65% 和 63% ）。 etr2-1 对乙烯处理不敏感（ Sakai 等， 1998 ） 通过前面的研究，已经鉴定到了 3 个可能的乙烯受体，但是基于以下证据， Elliot M. Meyerowitz 等仍认为乙烯受体家族可能还有新的成员： 1. 之前筛选到了一个 ein4 突变体，它具有和乙烯受体突变体相似的乙烯不敏感表型，但是 EIN4 的基因定位和功能方面的研究还未开展； 2. 由于许多乙烯反应突变体只筛选到了一个 allele ，而且并没有筛选到 ERS 突变（ ERS 通过交叉杂交技术筛选得到），因此乙烯反应突变体的遗传学筛选应该还没饱和。 鉴于以上两点， Elliot M. Meyerowitz 课题组通过反向遗传学的方法，利用交叉杂交（ cross-hybridization ）技术，对新的乙烯受体家族成员进行了筛选。 1998 年，相关成果以 EIN4 and ERS2 are members of the putative ethylene receptor gene family in Arabidopsis 为题，发表在 The Plant Cell 上。 文章中以 ETR2 的 cDNA 为探针，对拟南芥的基因组进行筛选，筛选到了两个 ETR2 的同系物（ homolog ），其中一个定位到 3 号染色体上。有意思的是，之前通过遗传学方法筛选到的 ein4 突变体，图位克隆定位到的候选区间和该同系物的候选区间有重叠。并且 ein4 突变体的表型和之前鉴定到的 3 个乙烯受体突变体相似，都是显性的乙烯不敏感，因此科研人员猜测这个 ETR2 同系物很可能就是 EIN4 。另外，通过正向遗传学筛选，又筛选到了两个 ein4 的等位突变 ein4-2 和 ein4-3 。进一步研究发现，该 ETR2 同系物确实就是 EIN4 。 EIN4 编码 766 个氨基酸，和 ETR2 具有较高的相似性（ 74% ）。 另外一个 ETR2 同系物定位在 1 号染色体上，被命名为 ERS2 ，它的氨基酸序列和 ETR2 以及 EIN4 的相似性较高（ 73% 和 68% ）。和 EIN4 不同，之前并没有通过遗传学方法筛选到 ERS2 的等位突变体，为了验证基因的功能，通过定点突变的方法将 ERS2 蛋白第 67 位的 Pro 突变为 Leu （ etr2-1 具有相同突变）， 94 位的 Ile 突变为 Phe （ etr1-4 ， ein4-1 和 ers1-1 具有相同突变），并转化至拟南芥中。转基因植株在 T1 代就表现出乙烯不敏感的表型，并且在自交的 T2 代中，乙烯不敏感表型和转基因是共分离的，说明 ERS2 突变可导致显性的乙烯不敏感。 ein4 和 ers2 突变体对乙烯不敏感（ Hua 等， 1998 ） 通过以上研究，一共找到了 5 个可能的乙烯受体，对这 5 个基因的表达模式进行分析后发现，它们的时空表达存在一定的差异性。并且， ETR1 和 EIN4 的表达对乙烯处理没有响应，而乙烯处理后 ERS1 、 ERS2 以及 ETR2 的表达量增加。以上结果说明，这 5 个疑似的乙烯受体在乙烯信号转导方面可能存在功能差异。 虽然已经找到了 5 个候选乙烯受体，但是有一点需要引起我们的注意：之前筛选出的乙烯受体突变体都是显性突变，而显性突变有可能是由于 loss of function 引起，也有可能是由于 gain of function 引起，所以并不能确定这些基因在乙烯信号转导中到底起到正向作用，还是反向作用。因此，筛选以上基因的 loss of function 突变体才能最终确定基因的功能。 还有一个问题， 为什么通过遗传学方法没有筛选到受体的 loss of function 突变体呢？ 可能有以下 三个原因 ： 1. 以上受体基因对植物的生长发育是必须的，任一基因发生 loss of function 突变致死； 2. 乙烯受体家族可能存在功能冗余，某一受体突变后，并没有明显表型； 3. 以上基因可能并不参与乙烯感知，它们 loss of function 后并不改变植物的乙烯反应。 因此，通过筛选以上受体基因显性突变的基因内抑制子的方法，也许能够筛选出 loss of function 突变体。所谓基因内抑制子，在此处是指在发生显性突变的同一基因内部又发生了另一突变，抑制或部分恢复原突变体乙烯不敏感的表型。使用基因内抑制子筛选的方法， Elliot M. Meyerowitz 课题组成功鉴定到了乙烯受体 loss of function 的突变体，相关结果以 Ethylene responses are negatively regulated by a receptor gene family in Arabidopsis thaliana 为题于 1998 年在 Cell 上发表。 通过 EMS 诱变的方法，成功筛选到了 ETR1 、 ETR2 和 EIN4 的 loss of function 突变体，这些突变体都是发生了提前终止或者剪切错误，为隐性突变，可恢复原突变体乙烯不敏感的表型。另外，鉴于在之前的诱变中没有筛选到 ERS2 的突变体，因此采用筛选 T-DNA 插入突变体库的方法，筛选到了 ERS2 loss of function 突变体。 筛选乙烯受体突变体的基因内抑制子（ Hua 等， 1998 ） 对这些 loss of function 突变体的乙烯反应表型研究后发现，单突并没有明显的乙烯反应缺陷表型，单突杂交后得到的双突表型也不明显，直到三突和四突才表现出明显的组成型乙烯反应的表型。说明乙烯受体家族存在严重的功能冗余，这也解释了为什么之前没有筛选到乙烯受体 loss of function 突变体。由于乙烯受体 loss of function 突变体三突和四突表现出组成型的乙烯反应，这说明和大多数受体的正调控机制不同，乙烯受体在乙烯信号转导通路中起到负调控的作用。也就是说，在没有乙烯时，受体处于激活的状态；当有乙烯时，受体的活性反而被抑制。另外，由于乙烯受体 loss of function 突变体表型和显性突变体表型相反，因此显性突变应该属于 gain of function 。 三突和四突表现组成型乙烯反应（ Hua 等， 1998 ） 2005 年， Bleecker 实验室在 The Plant Journal 上发表了一篇题为 Ethylene-binding activity, gene expression levels, and receptor system output for ethylene receptor family members from Arabidopsis and tomato 的文章，发现拟南芥的五个候选乙烯受体和乙烯分子都具有高亲和的结合活性。 至此，就集齐了乙烯受体家族基因作为乙烯受体的三大证据，确立了乙烯受体家族的地位： 1. 这些基因的突变体都可导致植株的各个组织和器官在所有生理时期都表现乙烯反应缺陷的表型； 2. 在所有已知的乙烯信号组分中，这些候选受体基因都位于遗传学上游（具体内容后续会逐步介绍）； 3. 具有特异的乙烯结合活性。 通过以上解读我们发现， 乙烯受体开创性的研究大部分都是 Meyerowitz 实验室完成的 。其实，这种现象在科学研究中是非常常见的。 一个实验室专注于某一领域，进行深入系统的研究，建立非常完善的体系。科学研究其实就像一个连环案，一个案件破解了，往往又引出下一个案子的线索。而科学家们就像福尔摩斯，用他们那一双慧眼在错综复杂的事件中发现关键线索，破解一个又一个扑朔迷离的案件背后的真相，数十年如一日，乐此不疲。 【参考文献】 Chang, C., Kwok, S. F., Bleecker, A. B., Meyerowitz, E. M. (1993). Arabidopsis ethylene-response gene ETR1: similarity of product to two-component regulators. Science , 262 (5133), 539-544. Hua, J., Chang, C., Sun, Q., Meyerowitz, E. M. (1995). Ethylene insensitivity conferred by Arabidopsis ERS gene. Science, 269(5231), 1712-1714. Sakai, H., Hua, J., Chen, Q. G., Chang, C., Medrano, L. J., Bleecker, A. B., Meyerowitz, E. M. (1998). ETR2 is an ETR1-like gene involved in ethylene signaling in Arabidopsis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95(10), 5812-5817. Hua, J., Sakai, H., Nourizadeh, S., Chen, Q. G., Bleecker, A. B., Ecker, J. R., Meyerowitz, E. M. (1998). EIN4 and ERS2 are members of the putative ethylene receptor gene family in Arabidopsis. The Plant Cell , 10 (8), 1321-1332. Hua, J., Meyerowitz, E. M. (1998). Ethylene responses are negatively regulated by a receptor gene family in Arabidopsis thaliana. Cell, 94(2), 261-271. 欢迎关注 BioArt植物 微信公众号
李白在《蜀道难》中有“ 剑阁峥嵘而崔嵬，一夫当关，万夫莫开 ”的诗句广为流传。在信号通路中，受体是激素分子引起细胞内部反应的第一道关卡。它就好比那当关的勇士，不攻克这一关，任它有千军万马，细胞内也仍是风平浪静，没有丝毫反应。由此可见，受体在信号转导通路中的关键性作用。 我们在上一讲中提到过， 1988 年 Bleecker 等人在 Science 上报道了一个乙烯不敏感突变体，当用乙烯处理时，它无法表现出正常的 “ 三重反应 ” ，如鹤立鸡群一般，高傲地俯视着脚下的野生型，并且在其生长发育的各个时期，所有组织和器官都表现出乙烯不敏感的表型。另外，突变体的乙烯结合能力也大大降低。基于以上结果，作者推测， ETR1 很可能在乙烯信号的早期发挥作用，并且可能作为受体发挥作用。 1993 年， Elliot M. Meyerowitz 实验室和 Bleecker 合作，在 Science 上发表了一篇文章 Arabidopsis Ethylene-Response Gene ETR1: Similarity of Product to Two-Component Regulators 。他们通过染色体步移（ Chromosome walking ）的方法，成功克隆到了 ETR1 基因。 ETR1 位于一号染色体的末端，编码了 738 个氨基酸。序列比较发现，和野生型比， etr1-1 突变体中 ETR1 基因的 N 端一个碱基的替换导致氨基酸发生 C65T 的突变。 通过染色体步移方法定位到 ETR1 基因（ Chang 等， 1993 ） 对于 ETR1 表达模式的分析发现，该基因在拟南芥的根、茎、叶、花和幼苗中都有表达，并且不存在可变剪切。此外，乙烯处理不影响 ETR1 mRNA 的表达。以 ETR1 基因片段和拟南芥基因组杂交，可检测到多个片段，说明拟南芥基因组可能编码多个和 ETR1 序列类似的类似基因。在此后的研究中，科研工作者们慢慢揭示了乙烯受体家族复杂的功能分化，我们后续再讲。 ETR1 蛋白分析结果表明，其 N 端没有发现保守的结构，但是 C 端和参与原核生物信号转导的双组份系统具有很高的相似性，暗示着它们可能具有相似的作用机制。 将 etr1-1 基因组序列转化到拟南芥中，可引起转基因黄化苗出现乙烯不敏感的表型，而转化正常 ETR1 基因的转基因植株的乙烯反应正常，说明 etr1-1 突变体的表型确实是由于 ETR1 基因的突变导致，这就敲实了 ETR1 在乙烯信号中的功能。 etr1 转基因株系的乙烯反应表型（ Chang 等， 1993 ） 1995 年， BLeecker 实验室报道，在从拟南芥中提取 ETR1 蛋白时，提取出来的蛋白的大小总是为 147kD 左右，而根据基因的 CDS 预测的蛋白大小是 79kD 左右，二者存在着约两倍的关系。同时，当从异源表达 ETR1 的酵母中提取蛋白时，也出现类似的情况。可是，当用还原剂二硫苏糖醇处理后，蛋白大小即可变为 79kD ，说明 ETR1 蛋白可能通过二硫键形成二聚体。将 ETR1 蛋白分段研究发现，其 N 端参与了二聚体的形成。将 N 端的半胱氨酸分别进行点突，发现第 4 位和第 6 位的半胱氨酸介导了二聚体的形成。 ETR1 第 4 位和第 6 位的半胱氨酸介导了二聚体的形成（ Schaller 等， 1995 ） 1999 年， Bleecker 实验室再次在 Science 上发文 A Copper Cofactor for the Ethylene Receptor ETR1 from Arabidopsis ，报道了铜离子可作为辅助因子和 ETR1 的 N 端结合，影响 ETR1 与乙烯的亲和性。另外，文章中还揭示了 etr1-1 突变的分子机制： etr1-1 中的点突变导致蛋白无法和铜离子结合，进而导致和乙烯的亲和性降低，无法识别和传递乙烯信号，导致乙烯不敏感的表型。 铜离子作为 ETR1 的辅助因子影响乙烯的亲和性（ Rodrıguez 等， 1999 ） 虽然 ETR1 基因早在 1993 年就已经被克隆了，但是限于当时的技术手段， ETR1 蛋白的亚细胞定位一直是个不解之谜。通过蛋白结构分析发现， ETR1 N 端含有一个跨膜结构域，但是序列分析并未为其亚细胞定位提供任何可参考的信息。直到 2002 年， G. Eric Schaller 实验室在 THE JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY 杂志上发表题为 Localization of the Ethylene Receptor ETR1 to the Endoplasmic Reticulum of Arabidopsis 的文章，综合使用了双水相萃取、蔗糖梯度离心和免疫电镜等技术，确定 ETR1 蛋白主要定位在内质网上，该定位主要由其 N 端决定。并且，乙烯的结合并不会改变 ETR1 的亚细胞定位。 免疫电镜显示 ETR1 定位在内质网上（ Chen 等， 2002 ） 看完 ETR1 的研究历史，不仅感慨，小小的一个基因，竟然需要多个实验室合作，花费了近十年的时间才研究清楚它的基本功能。以今天的观点来看，简直有点不可思议。归根到底，主要原因是当时的实验方法和实验工具还比较落后。再看看我们现在的科研环境，要做某一方面的研究，成熟的体系都是现成的，这就大大加快了我们的研究进程。 当然，凡事有利就有弊。上世纪末，克隆出一个基因就能发个 CNS 级别的文章，而现在我们即使把功能做得非常深入，能发个 CNS 的子刊就不错了。唯一不变的是， 每一篇文章背后，都蕴藏着科研人员大量的心血和汗水。所以，当我们读每一篇文献时，请心怀敬畏。 【 参考文献 】 Bleecker, A. B., Estelle, M. A., Somerville, C., Kende, H. (1988). Insensitivity to ethylene conferred by a dominant mutation in Arabidopsis thaliana. Science , 241 (4869), 1086-1089. Chang, C., Kwok, S. F., Bleecker, A. B., Meyerowitz, E. M. (1993). Arabidopsis ethylene-response gene ETR1: similarity of product to two-component regulators. Science , 262 (5133), 539-544. Schaller, G. E., Ladd, A. N., Lanahan, M. B., Spanbauer, J. M., Bleecker, A. B. (1995). The ethylene response mediator ETR1 from Arabidopsis forms a disulfide-linked dimer. Journal of Biological Chemistry , 270 (21), 12526-12530. Rodrıguez, F. I., Esch, J. J., Hall, A. E., Binder, B. M., Schaller, G. E., Bleecker, A. B. (1999). A copper cofactor for the ethylene receptor ETR1 from Arabidopsis. Science , 283 (5404), 996-998. Chen, Y. F., Randlett, M. D., Findell, J. L., Schaller, G. E. (2002). Localization of the ethylene receptor ETR1 to the endoplasmic reticulum of Arabidopsis. Journal of Biological Chemistry , 277 (22), 19861-19866. 欢迎关注 BioArt植物 微信公众号
欢迎关注微信公众号“PaperRSS” 来源|科学网博客 美国马萨诸塞州阿默斯特大学和北京大学的两个植物分子生物学家长期研究花粉管和雌蕊是如何通过花朵的雌雄部分来实现植物受精的。 今天，他们在科学早期发表文章中报告说，他们已经确定了一对这些通讯所必需的受体以及调节受体活性的分子。 麻省大学阿姆赫斯特分校的Alice Cheung和Hen-Ming Wu与中国的Qui-Jia Qu和Hongya Gu在模式植物 拟南芥中 的工作提高了对植物繁殖的基本了解。 研究人员将这两个新的受体命名为Buddha Paper Seal1和2（BUPS1 / 2）。 他们的论文还鉴定了几种称为快速碱化因子（RALF）4,19和34的小肽作为它们的配体 - 调节受体功能的分子。 此外，作者描述了如何将BUPS1 / 2和第二对称为ANXUR1和2（ANX1 / 2），RALF4和19的相关受体全部在花粉管中表达并且为雄性生育所需要，相互作用以获得它们的工作完成。 Cheung说：“我们的论文描述了植物繁殖中男性和女性相互作用网络的一个重要阐述，涉及这个过程的分子必须密切合作来协调和支持雌雄互动事件，在这个过程中，花粉管生长在内部雌蕊常常在距离管子直径数百或数千倍的距离处将精子传递到目标卵细胞，花粉管在整个行程中必须保持完整，但必须在恰当的时间和地点爆发到达释放精子受精的目标，破裂过早或未能破裂，对繁殖造成破坏。“ 两个研究小组发现受体和RALF4和19需要在生长过程中保持花粉管的完整性。 他们还表明，从女性表达的RALF34促进了爆裂过程，以及一些已知的和其他尚未确定的因素。 他们展示了这些分子如何相互作用，说明了男性和女性之间产生种子的“有趣的沟通机制”。 Abstract In flowering plants, fertilization requires complex cell-to-cell communication events between the pollen tube and the female reproductive tissues, which are controlled by extracellular signaling molecules interacting with receptors at the pollen tube surface. We found that two such receptors in Arabidopsis , BUPS1 and BUPS2, and their peptide ligands, RALF4 and RALF19, are pollen tube–expressed and are required to maintain pollen tube integrity. BUPS1 and BUPS2 interact with receptors ANXUR1 and ANXUR2 via their ectodomains, and both sets of receptors bind RALF4 and RALF19. These receptor-ligand interactions are in competition with the female-derived ligand RALF34, which induces pollen tube bursting at nanomolar concentrations. We propose that RALF34 replaces RALF4 and RALF19 at the interface of pollen tube–female gametophyte contact, thereby deregulating BUPS-ANXUR signaling and in turn leading to pollen tube rupture and sperm release. UMass Amherst plant molecular biologist Alice Cheung says the male plant's pollen tube transports sperm to female target cells. She and colleagues identify two new receptors essential to this communication and other molecules whos.. Read more at: https://phys.org/news/2017-12-pair-receptors-essential-male-female.html#jCp Two groups of plant molecular biologists, at the University of Massachusetts Amherst and Peking University, China, have long studied how pollen tubes and pistils, the male and female parts of flowers, communicate to achieve fertilization in plants. Today they report in a Science early release paper that they have identified a pair of receptors essential to these communications as well as molecules that modulate the receptors' activity. The work, in the model plant Arabidopsis, advances basic understanding of plant reproduction, say Alice Cheung and Hen-Ming Wu at UMass Amherst, with Li-Jia Qu and Hongya Gu in China. The researchers named the two new receptors Buddha Paper Seal 1 and 2 (BUPS1/2). Their paper also identifies several small peptides known as Rapid Alkalinization Factors (RALF) 4, 19 and 34 as their ligands - molecules that modulate the receptors' functions. Further, the authors describe how BUPS1/2 and a second pair of related receptors called ANXUR 1 and 2 (ANX1/2), and RALF 4 and 19, all expressed in the pollen tube and required for male fertility, interact together to get their jobs done. Cheung says, Our paper describes an important elaboration of the male and female interaction network in plant reproduction. Molecules involved in the process have to work intimately together to orchestrate and support the male-female interactive events. In this process the pollen tube grows inside the pistil, often over distances hundreds or thousands of times greater than the tube s diameter, to deliver sperm to the target egg cell. The pollen tube must remain intact throughout this journey, but then must burst open at exactly the right time and place when it arrives at the target to release sperm for fertilization. Bursting too soon or failing to burst when it should are both devastating to reproduction. The two research teams found that the receptors and RALF4 and 19 are required to maintain pollen tube integrity during the growth process. They also show that RALF34, expressed from the female, facilitates the bursting process, along with some known and other not yet identified factors. They demonstrate how these molecules interact with each other, illustrating an intriguing communication mechanism between male and female to produce seeds, Cheung says. She adds, In showing how receptors and their ligands work together to ensure reproductive success, our work illuminates one of the most mysterious processes in biology. The plant reproduction research community has a tradition of naming important genes from ancient mythology, the biologist says. For example, a gene her group also works on, FERONIA, is named after the Roman goddess of fertility. The researchers named the new factors Buddha paper seal 1 and 2 after a Chinese tale about a naughty monkey held under a rock for 400 years by a charmed paper seal. When a kindly monk passing by broke the seal, the monkey burst out, which is what the scientists were reminded of when they saw how the pollen tube explodes to release sperm and enable fertilization. This work continues the Cheung-Wu group's many years of plant reproduction research, especially on FERONIA, a receptor related to BUPSs and ANXURs that plays a major role in controlling plant female fertility in development and in coping with environmental stresses. It's actually very interesting, says Cheung. The pollen tube transports sperm to female target cells. FERONIA is waiting there for the pollen tube to arrive. BUPSs, ANXURs, RALF 4 and 10 in the pollen tube make sure the tube does not burst too early, but wait until it gets to the target female cell. There the tube bursts abruptly, an action controlled by FERONIA and in part mediated by a different set of RALFs, releasing sperm at the right time and place. The team used a combination of reverse genetics, biochemical and biophysical approaches for this work, in collaboration not only with the Chinese group, but also involved investigators from Brazil, Germany, the United States and Mexico. Cheung says the U.S. National Science Foundation's Research Coordination Network in Integrative Pollen Biology, of which she is the principle investigator, provided the catalyst and forum that stimulated these international interactions. She adds, I want to emphasize this work as a collaboration. We and the Peking University group, close colleagues with common interests, worked in parallel on some of the topics in this paper without knowing about each other's efforts. In a discussion one day we found out that we had common results, but each group had also generated unique observations and developed distinct insights, so we decided to merge our efforts and publish jointly. She adds, In my mind, this sort of collaboration is probably the best kind of scientific interaction. As scientists, we value our own independence and creativity. Even with common results, our thinking could diverge, leading each team to further investigate in different directions, getting to end points that complement each other. This collaboration is not a matter of different expertise, but a matter of common interest and curiosity that took us in different directions that eventually came back together in a complete story. Read more at: https://phys.org/news/2017-12-pair-receptors-essential-male-female.html#jCp 研论文插图 数据处理 图表制作学习班开始报名了 由上海玮瑜生物科技有限公司主办 由来自中科院的金老师授课 需要学习SCI图表制作的朋友 可以咨询谢老师报名 手机电话 17317557680 还等什么 机不可失 助你成功发表SCI论文 欢迎拨打电话（亦微信号）垂询！ 免责声明：本文中的部分信息援引自网络。本公众号发布的图文一切仅为分享交流，并不代表本公众号的观点。所有援引自网络的部分，其版权归原作者、原公众号或原网站所有，如有涉及版权敬请及时告诉我们，定将及时删除或妥善处理。 欢迎扫小编二维码 合作、投放广告等请扫上方二维码与小编联系，依托强大的生科粉丝群（目前接近8000+），提供最优质的满意服务！
1pdbqt格式中包含的仅仅是坐标信息，电荷信息，以及autodock的原子类型的信息 没有连通信息， 也就是说没有键的信息 原子类型暗含了键的信息 如果两个原子的距离大于共价键的距离，在adt，或者pymol就会出现断开的现象 只有保证原子类型正确就可以对接 2autodock的受体原子类型， The pdbqt format is 'pdb' plus 'q' for partial charge and 't' for AD4 atom type. Special AD4 atom types are OA , NA , SA for hbond accepting O,N and S atoms, HD for hbond donor H atoms, N for non-hydrogen bonding nitrogens and A for carbons in planar cycles. For any other atom, its AD4 atom type is the same as its element. 大家可以用1T40这个蛋白准备下，在adt中观察它的pdbqt格式，就会发现辅酶分成了2部分， 不要紧张，是可以对接的。
昆虫嗅觉研究争议（一）：化学感受物质是否直接与嗅觉受体结合？ 昆虫的嗅觉感受和哺乳动物嗅觉感受有所不同。昆虫的化学感受主要部位位于头部类似于天线状的触角，但是不同种类的昆虫触角的形态不同，此外一些昆虫（如果蝇）的翅外缘，足末端也存在化学感受位点。 昆虫的触角上有许多纤毛状或者棒状或者其它类型的感受器。这些感受器不仅负责化学感受，部分还负责温度、湿度的感受。化学感受器的特征是表面分布有数量不一的小孔，供气味物质通过进入感受器内。化学感受器内部是淋巴液围着的嗅觉神经元，淋巴液中还存在与气味物质结合的蛋白，被称为气味结合蛋白，目前气味结合蛋白大致分为两类一类是普通气味结合蛋白，而另一种则特异性结合雌性信息素，被称为性信息素结合蛋白。 气味物质如蛾类昆虫的信息素多为长链的疏水物质，不能穿过淋巴液与受体结合，便先与气味结合蛋白结合，然后再由气味结合蛋白转运至嗅觉受体，使嗅觉受体神经元产生动作电位。 然而问题是这个动作电位是由气味物质与嗅觉受体作用产生的呢，还是由气味结合蛋白与嗅觉受体结合产生的呢？ 德克萨斯大学西南医学中心的 Dean Smith 发现果蝇的信息素 cVA 与信息素结合蛋白 LUSH 结合后改变 LUSH 的结构，变构的 LUSH 和一个膜蛋白 SNMP 共同作用激发了嗅觉神经元的动作电位。该研究发现， LUSH 蛋白上有两个位点决定整个蛋白质的功能，即第 121 号苯丙氨酸和 118 号天冬氨酸，其中 121 号氨基酸的大小决定嗅觉神经元动作电位高低。 118 号天冬氨酸与 87 号赖氨酸形成盐桥，使 LUSH 失活，而当盐桥被打断后 LUSH 的构象和与 cVA 结合时的 LUSH 并无两样，因此 cVA 可能发挥了打断 118 号氨基酸与 87 号氨基酸之间的盐桥的作用。 然而这一实例是普遍现象呢，还是特殊现象？。昆虫在感受普通气味时是否着经过这种途径呢？还是是气味物质直接与受体结合？此外还需要其他膜蛋白参与么？ 要解决这些问题首先要找到目标基因，然后敲除恢复验证，纯化蛋白，解析结构，找到作用位点。显然这些东西不是我们玩的。 参考文献 Jin, X., T. S. Ha, et al. (2008). "SNMP is a signaling component required for pheromone sensitivity in Drosophila." Proc Natl Acad Sci U S A 105 (31): 10996-11001. Kruse, S. W., R. Zhao, et al. (2003). "Structure of a specific alcohol-binding site defined by the odorant binding protein LUSH from Drosophila melanogaster." Nat Struct Biol 10 (9): 694-700. Laughlin, J. D., T. S. Ha, et al. (2008). "Activation of pheromone-sensitive neurons is mediated by conformational activation of pheromone-binding protein." Cell 133 (7): 1255-1265. Liang, L. and L. Luo (2010). "The olfactory circuit of the fruit fly Drosophila melanogaster." Sci China Life Sci 53 (4): 472-484.
标签: 受体
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