乙烯是调控植物生长发育、果实成熟和采后衰老的重要气态激素。定位于内质网膜的乙烯受体负责感知乙烯，其中ETR1（ETHYLENE RESPONSE 1）是研究较深入的原型成员；其下游核心信号转导蛋白EIN2（ETHYLENE INSENSITIVE 2）则参与几乎所有乙烯响应。尽管已有研究提示ETR1能够直接结合EIN2，乙烯感知如何通过ETR1寡聚状态耦联至胞质侧激酶输出，以及EIN2如何识别ETR1，仍缺乏系统的分子证据。
近日，华南理工大学食品科学与工程学院陈文教授团队联合广西亚热带作物研究所陈永森研究员团队和中国科学院上海药物研究所中山药物创新研究院付青山研究员团队在Science Advances在线发表题为Ethylene-regulated dimeric ETR1 kinase reveals multi-site EIN2 docking targeted by peptides that delay climacteric ripening的研究论文。
该研究建立了具有乙烯响应活性的全长ETR1体外研究体系，并结合组氨酸磷酸化检测、生物膜干涉技术（BLI）、溶液核磁共振（NMR）和分子对接，揭示了ETR1二聚化与乙烯依赖性激酶调控之间的联系，并进一步发现EIN2 C端通过多个独立片段与ETR1结合。基于这一多位点识别机制，研究人员获得了新的EIN2来源多肽，其中DP2表现出更强的ETR1结合能力，并能够明显延缓番茄和芒果的成熟与品质劣变。
研究者首先从纯化的全长ETR1中分离单体和二聚体组分。两者在体外均具有可检测的自磷酸化能力，但乙烯仅显著降低二聚体ETR1的组氨酸自磷酸化和ATP消耗，对单体的影响并不明显。该结果表明，ETR1二聚化并非单纯维持结构稳定，而是乙烯感知与激酶输出有效耦联的关键状态。
在受体下游，BLI显示EIN2 C端片段EIN2-C能够直接结合全长ETR1，表观解离常数约为1.65 μM；包含跨膜区和GAF结构域的ETR1-GAF仍保留低微摩尔水平的结合能力。进一步的NMR滴定发现，ETR1-GAF在EIN2-C上引起的化学位移扰动并不局限于已知的NOP-1区域，而是形成三个彼此分离的显著变化区。除NOP-1外，研究者新鉴定出DP1（V5-M16）和DP2（S66-G77）两个结合片段，说明EIN2-C通过多个接触位点共同识别ETR1。
NMR解析EIN2-C与ETR1-GAF的多位点结合界面。ETR1-GAF滴定在EIN2-C上识别出DP1、NOP-1和DP2三个受体结合区域。
随后，研究者合成DP1、NOP-1和DP2三条EIN2来源多肽。三者均可直接结合ETR1-GAF，KD分别约为81.7、41.2和16.4 μM，其中DP2的结合能力最强；分子对接进一步预测DP2结合于GAF二聚界面形成的疏水口袋，使受体二聚状态、EIN2识别与信号输出在结构上形成联系。
在果实水平，400 μM的DP1、NOP-1和DP2均不同程度延缓番茄成熟，其中DP2效果最明显。储藏12天后，DP2处理将番茄失重率由对照组的10.21%降低至7.57%，并更好地维持果实硬度；ACS2、ACS4、ACO1、ERF1和E4等乙烯合成或响应相关基因整体下调。该作用同样可延伸至芒果：储藏第10天，对照组平均腐败面积为14.20%，而400 μM DP2处理组仅为1.55%。这些结果说明，ETR1-EIN2蛋白互作界面可被短肽竞争性靶向，并转化为对呼吸跃变型果实成熟和采后品质的调控。
与占据受体乙烯结合位点的1-MCP不同，DP1、NOP-1和DP2仅部分恢复乙烯抑制下的ETR1激酶输出，提示其主要作用于受体胞质侧蛋白互作界面。据此，作者提出工作模型：无乙烯时，活化的ETR1受体复合物通过CTR1维持对EIN2的抑制；乙烯结合后，ETR1/CTR1抑制性输出下降，EIN2进入下游信号过程；EIN2来源多肽则通过结合ETR1-GAF，竞争EIN2在膜近端的有效对接，从而削弱下游乙烯响应。
ETR1-EIN2多位点识别及多肽调控乙烯信号的工作模型。EIN2来源多肽竞争性结合ETR1-GAF，降低EIN2有效对接和下游乙烯信号输出。
综上，该研究构建了从全长膜受体功能、生物物理互作和NMR残基水平定位，到多肽结合与果实表型验证的完整证据链。研究不仅揭示了ETR1二聚体在乙烯感知-激酶输出耦联中的关键作用，也将EIN2对ETR1的识别由单一线性表位拓展为多位点对接模型，并提出了区别于传统配体结合位点的受体-信号转导蛋白界面调控策略，为开发新型果蔬采后乙烯调控分子提供了依据。
广西亚热带作物研究所陈永森研究员、中国科学院上海药物研究所中山药物创新研究院付青山研究员以及华南理工大学陈文教授为共同通讯作者。该研究获得国家自然科学基金和广东省自然科学基金等项目支持。
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef8713
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