《Plant Science》：The Dual Role of Ethylene in Plant Growth and Abiotic Stress: Mechanisms, Regulation, and Mitigation through ACC Deaminase
编辑推荐：
乙烯调控植物生长发育及胁迫响应，通过ETR/ERS-CTR1-EIN2-EIN3/EIL1信号通路介导，并与auxin、ABA、细胞分裂素、茉莉酸等激素互作，影响根系发育、 vascular分化及代谢平衡，ACC脱氨酶通过降解ACC抑制胁迫诱导的乙烯积累，应用前景广阔。
Omar A. Hewedy | Mostafa G. Ali | Rasha M. El-Meihy | Islam I Teiba | Sergio de los Santos-Villalobos | Anshu Rastogi | Honghong Wu | Ahmed M. Hajiyev | Elena V. Zadneprovskaya | Pavel Pashkovskiy | Rahul Kumar | Nabil I. Elsheery | Suleyman I. Allakhverdiev
埃及梅努菲亚大学农业学院遗传学系，Shibin El-Kom 32514
部分内容摘要
生物合成
乙烯的生物合成及其在植物生理中的作用已得到广泛研究，证实乙烯是一种关键的植物激素，参与从种子萌发和开花诱导到花青素生物合成以及挥发性有机化合物产生的多种生物过程。乙烯还参与共生相互作用（包括菌根关联），并调节植物对各种生物和非生物因素的反应。
信号传导
乙烯信号传导途径是一个经过充分研究的调控网络，对植物的生长、发育和应激适应至关重要。这一途径的基础模型主要通过拟南芥（A. thaliana）的研究建立起来，涉及一系列受体介导的事件和下游的转录调控，体现了激素整合多种环境和发育信号的能力（Binder, 2020）。
乙烯与其他激素的相互作用
在这篇综述中，我们总结了关于乙烯与其他植物激素在拟南芥（A. thaliana）主根发育过程中相互作用的最新研究，重点关注生长素、ABA、细胞分裂素和茉莉酸（JA）。乙烯作为整合调节因子，通过明确的分子机制连接多个激素途径，控制根的生长、侧根形成、维管分化及应激响应（图2）。
细胞发育
乙烯通过相互连接的信号级联，对细胞分裂和扩展进行精确的组织特异性调控，将环境信号与内源性发育程序相结合。在分生组织区域，细胞分裂受到七十多种关键蛋白质的调控，这些蛋白质的活性通过位于内质网的受体（ETR1、ETR2、ERS1、ERS2）以及下游成分CTR1、EIN2和EIN3/EIL1来调节（Polyn等，2015）。
光合作用和光接收
光是调节植物形态发生、发育转变和光合性能的主要环境信号。乙烯通过调控光系统功能、光保护机制和光受体介导的转录程序，融入到光依赖性信号网络中。在黑暗条件下生长的幼苗中，乙烯的生物合成会增加，部分原因是2型ACC合成酶（如ACS5、ACS8和ACS9）的稳定性增强。
代谢物
乙烯通过直接调控参与糖代谢、抗氧化生物合成和次级代谢途径的酶和转录因子，精确控制植物的代谢网络，尤其是在应激条件下。这种调控有助于维持能量平衡、增强结构稳定性，并在不利环境中提供化学防御（Rodrigues等，2014）。
非生物胁迫响应
乙烯通过激活调节离子平衡、水分状态、氧化还原平衡和发育可塑性的特定分子途径，在植物适应盐度、干旱和极端温度等非生物胁迫中发挥核心作用。在盐度胁迫下，过量的Na?流入会导致细胞质中Na?/K?比例升高，引起离子失衡、膜去极化和酶失活。乙烯信号传导直接与盐过度敏感蛋白（SOS）相互作用。
ACC脱氨酶在非生物胁迫响应中的作用
ACC脱氨酶（EC 4.1.99.4）是一种细菌酶，它能将乙烯的前体1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）水解为α-酮丁酸和氨，从而减少ACC氧化酶的底物供应，降低胁迫诱导的乙烯水平。通过抑制乙烯的过度积累，ACC脱氨酶可防止ETR/ERS受体–CTR1–EIN2–EIN3/EIL1信号级联的激活，进而限制ERF调控的应激反应程序的诱导。
植物与微生物的相互作用
乙烯是调节植物与微生物相互作用的关键因子，影响植物对环境胁迫的有益和有害反应。在与促进植物生长的根瘤菌（PGPR）等有益微生物的相互作用中，乙烯信号传导被调控以促进植物生长和增强耐逆性。
未来方向与应用
调控乙烯的生物合成和信号传导途径对于提高作物对非生物胁迫的抵抗力具有重大潜力。通过调节渗透调节、ROS清除和细胞壁重塑等过程，乙烯在植物适应干旱、盐度、洪水和极端温度等胁迫中起着关键作用。例如，通过基因操作减少1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）的胁迫诱导积累，可以改善植物的抗逆性。
结论
乙烯通过包括ETR和ERS受体、CTR1、EIN2、EIN3和EIL1以及ERF转录因子在内的明确途径，将环境信号与发育程序整合起来。组织特异性和情境依赖性源于涉及生长素生物合成和运输（通过TAA1和YUC及PIN极性）、ABA生物合成和信号传导（通过NCED及可能的ABF）、细胞分裂素信号传导（通过B型ARRs）以及与JA和SA协调的防御模块的保守相互作用节点。
未引用参考文献
(Althiab-Almasaud等，2021；Le等，2001)
CRediT作者贡献声明
Nabil I. Elsheery：撰写与编辑、初稿撰写、可视化、项目管理、方法学研究、资金获取、数据管理、概念构思。
Omar A. Hewedy：研究工作、资金获取、数据管理、概念构思。
Suleyman I. Allakhverdiev：验证工作、项目管理、资金获取、概念构思。
Mostafa G. Ali：软件开发、项目管理、研究工作、概念构思。
Rahul Kumar：撰写与编辑。
利益冲突声明
作者Omar A. Hewedy、Mostafa G. Ali、Rasha M. El-Meihy、Islam I Teiba、Sergio de los Santos-Villalobos、Anshu Rastogi、Honghong Wu、Ahmed M. Hajiyev、Elena V. Zadneprovskaya、Pavel Pashkovskiy、Rahul Kumar、Nabil I. Elsheery和Suleyman I. Allakhverdiev声明他们没有已知的可能会影响本文研究结果的财务利益或个人关系。
第6-12节的内容是在俄罗斯联邦科学与高等教育部的项目支持下完成的（项目编号122050400128-1）。第4-6节的研究得到了俄罗斯科学基金会的资助（项目编号25-44-01025）。图表使用biorender.com软件制作。
作者未报告任何潜在的利益冲突。
