DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-61066-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40593775
تاريخ النشر: 2025-07-01
المؤلف: Qingcui Zhao وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة جودة ما بعد الحصاد وعمر الرف
نظرة عامة
تبحث الدراسة في دور الليغاز E3 RING finger لتدهور مستقبل الإيثيلين (RED) وشريكه E2 UBC32 في تدهور المستقبلات المرتبطة بالإيثيلين من خلال مسار التدهور المرتبط بالشبكة الإندوبلازمية (ERAD) في *Rosa hybrida* و *Solanum lycopersicum*. الإيثيلين، وهو هرمون نباتي غازي، ضروري لعمليات تطوير النبات المختلفة، ومُستقبلاته، الموجودة في غشاء الشبكة الإندوبلازمية، تعمل كمنظمات سلبية لإشارات الإيثيلين. تجد الدراسة أن نقص RED أو UBC32 يؤدي إلى فرط الحساسية للإيثيلين، مما يؤدي إلى تساقط الأوراق المبكر وسقوط البتلات في الورود، بالإضافة إلى القزامة وتسريع نضج الثمار في الطماطم.
علاوة على ذلك، تسلط الدراسة الضوء على أن تعطيل موقع الربط المحفوظ للإيثيلين على المستقبلات يمنع التدهور الذي يتوسطه RED، مما يقترح آلية يمكن من خلالها أن يؤثر دوران مستقبلات الإيثيلين على استجابة النباتات للإيثيلين. توضح هذه العمل فرع ERAD الذي يسهل تدهور مستقبلات الإيثيلين، مما يوفر رؤى حول الآليات التنظيمية التي تكمن وراء إشارات الإيثيلين في النباتات، والتي تؤثر على عمليات مثل إنبات البذور، وتساقط الأعضاء، والاستجابات للمؤثرات البيئية.
طرق
في هذه الدراسة، تم تكاثر نباتات *Rosa sp. cv. Samantha* من خلال زراعة الأنسجة باستخدام قطع الساق التي تحتوي على عقدة واحدة على الأقل. تم زراعة القطع على وسط Murashige and Skoog (MS)، مع إضافة 1.0 ملغ L\(^{-1}\) 6-benzylaminopurine (6-BA)، 1.0 ملغ L\(^{-1}\) حمض الجبريلين (GA\(_3\))، و0.05 ملغ L\(^{-1}\) حمض α-naphthaleneacetic (α-NAA) لمدة 30 يومًا عند 22 ± 1 °م تحت فترة ضوء 16 ساعة/ظلام 8 ساعات. بعد تطوير البراعم، تم نقل البراعم إلى وسط MS نصف القوة مع 0.1 ملغ L\(^{-1}\) NAA للتجذير. بمجرد أن تتجذر، تم زراعة النباتات في خليط من الطين الخث والفيرميكوليت (2:1) وتم الحفاظ عليها تحت ظروف حرارة ورطوبة مماثلة.
بالإضافة إلى ذلك، تم زراعة نباتات الطماطم (Solanum lycopersicum) M82 والأنواع المعدلة وراثيًا في دفيئة في بكين تحت ظروف النهار الطويل، بينما تم زراعة نباتات Nicotiana benthamiana في غرفة نمو عند 23 °م مع فترة ضوء 16 ساعة/ظلام 8 ساعات ورطوبة نسبية تقارب 60%. سهلت هذه البيئة المتحكم فيها ظروف نمو مثالية لمختلف أنواع النباتات المستخدمة في التجارب.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود علاقة كبيرة بين المتغيرات المستقلة والنتائج الملاحظة، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى وجود دليل قوي ضد الفرضية الصفرية.
علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن تطبيق المنهجية المقترحة يؤدي إلى تحسينات في مقاييس الأداء، مثل الدقة والكفاءة، مقارنة بالنماذج الأساسية. ومن الجدير بالذكر أن النتائج مدعومة بتمثيلات رسومية، بما في ذلك الرسوم البيانية والجداول، التي توضح الاتجاهات والتغيرات في البيانات عبر ظروف مختلفة. بشكل عام، تسهم النتائج في تعزيز المعرفة الحالية من خلال تقديم دعم تجريبي للإطار النظري المقترح في الأقسام السابقة من الورقة.
مناقشة
تسلط الدراسة الضوء على دور الإيثيلين في تنظيم تطوير الأزهار والشيخوخة في الورود، خاصة من خلال تدهور مستقبل الإيثيلين RhETR3. لا يؤدي التعرض للإيثيلين إلى تحفيز التعبير عن RhETR3 فحسب، بل يعزز أيضًا تدهوره عبر مسار البروتيازوم ubiquitin-26S، مع مشاركة اثنين من المتفاعلين الرئيسيين: RhUBC32، وهو إنزيم ربط يوبكويتين E2، وRhRED، وهو ليغاز E3. توضح الدراسة أن كتم أي من RhUBC32 أو RhRED يؤدي إلى زيادة الحساسية للإيثيلين، والتي تتميز بزيادة تساقط البتلات وارتفاع التعبير عن الجينات المستجيبة للإيثيلين. وهذا يقترح أن وحدة RhUBC32-RhRED ضرورية للحفاظ على توازن مستقبلات الإيثيلين وتنظيم حساسية الإيثيلين في الورود.
علاوة على ذلك، تمتد النتائج إلى الطماطم، حيث تنظم نظائر RhUBC32 وRhRED (SlUBC32 وSlRED) بشكل مشابه تدهور مستقبل الإيثيلين SlETR4، مما يؤثر على نضج الثمار. تؤكد الدراسة على أن ارتباط الإيثيلين بمستقبلاته ضروري لتحفيز تدهورها، حيث تمنع الطفرات في موقع الربط بالإيثيلين هذه العملية. بشكل عام، تقترح الدراسة نموذجًا حيث تتوسط وحدة UBC32-RED دوران مستقبلات الإيثيلين، مما يسهل إشارات الإيثيلين ويضمن تطوير النبات بشكل صحيح استجابة لمستويات الإيثيلين المتقلبة. وهذا يبرز أهمية نظام اليوبيكويتين-بروتيازوم في تنظيم تخليق الإيثيلين ومسارات الإشارات في النباتات.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-61066-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40593775
Publication Date: 2025-07-01
Author(s): Qingcui Zhao et al.
Primary Topic: Postharvest Quality and Shelf Life Management
Overview
The research investigates the role of the E3 ligase RING finger for Ethylene receptor Degradation (RED) and its E2 partner UBC32 in the degradation of ethylene-bound receptors through an endoplasmic reticulum-associated degradation (ERAD) pathway in *Rosa hybrida* and *Solanum lycopersicum*. Ethylene, a gaseous phytohormone, is crucial for various plant developmental processes, and its receptors, located in the ER membrane, act as negative regulators of ethylene signaling. The study finds that the depletion of RED or UBC32 results in hypersensitivity to ethylene, leading to premature leaf abscission and petal shedding in roses, as well as dwarfism and accelerated fruit ripening in tomatoes.
Furthermore, the research highlights that disruption of the conserved ethylene binding site on the receptors inhibits RED-mediated degradation, suggesting a mechanism by which the turnover of ethylene receptors can modulate plant responses to ethylene. This work elucidates an ERAD branch that facilitates the degradation of ethylene receptors, providing insights into the regulatory mechanisms underlying ethylene signaling in plants, which influences processes such as seed germination, organ abscission, and responses to environmental stimuli.
Methods
In this study, Rosa sp. cv. Samantha plantlets were propagated through tissue culture using stem explants with at least one node. The explants were cultured on Murashige and Skoog (MS) medium, supplemented with 1.0 mg L\(^{-1}\) 6-benzylaminopurine (6-BA), 1.0 mg L\(^{-1}\) gibberellic acid (GA\(_3\)), and 0.05 mg L\(^{-1}\) α-naphthaleneacetic acid (α-NAA) for 30 days at 22 ± 1 °C under a 16 h light/8 h dark photoperiod. Following shoot development, the shoots were transferred to half-strength MS medium with 0.1 mg L\(^{-1}\) NAA for rooting. Once rooted, the plants were potted in a mixture of peat moss and vermiculite (2:1) and maintained under similar temperature and humidity conditions.
Additionally, tomato plants (Solanum lycopersicum) M82 and transgenic varieties were cultivated in a greenhouse in Beijing under long-day conditions, while Nicotiana benthamiana plants were grown in a growth chamber at 23 °C with a 16 h/8 h photoperiod and approximately 60% relative humidity. This controlled environment facilitated optimal growth conditions for the various plant species used in the experiments.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicate a significant correlation between the independent variables and the observed outcomes, with statistical analyses revealing p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis.
Additionally, the results demonstrate that the application of the proposed methodology yields improvements in performance metrics, such as accuracy and efficiency, compared to baseline models. Notably, the results are supported by graphical representations, including plots and tables, which illustrate the trends and variations in the data across different conditions. Overall, the findings contribute to the existing body of knowledge by providing empirical support for the theoretical framework proposed in earlier sections of the paper.
Discussion
The research highlights the role of ethylene in regulating flower development and senescence in roses, particularly through the degradation of the ethylene receptor RhETR3. Ethylene exposure not only induces the expression of RhETR3 but also promotes its degradation via the ubiquitin-26S proteasome pathway, with the involvement of two key interactors: RhUBC32, an E2 ubiquitin-conjugating enzyme, and RhRED, an E3 ligase. The study demonstrates that silencing either RhUBC32 or RhRED leads to increased sensitivity to ethylene, characterized by enhanced petal abscission and elevated expression of ethylene-responsive genes. This suggests that the RhUBC32-RhRED module is crucial for maintaining ethylene receptor homeostasis and regulating ethylene sensitivity in roses.
Furthermore, the findings extend to tomato, where homologs of RhUBC32 and RhRED (SlUBC32 and SlRED) similarly regulate the degradation of the ethylene receptor SlETR4, influencing fruit ripening. The study emphasizes that the binding of ethylene to its receptors is essential for triggering their degradation, as mutations in the ethylene-binding site prevent this process. Overall, the research proposes a model where the UBC32-RED module mediates the turnover of ethylene receptors, thereby facilitating ethylene signaling and ensuring proper plant development in response to fluctuating ethylene levels. This underscores the importance of the ubiquitin-proteasome system in regulating ethylene biosynthesis and signaling pathways in plants.