2016年8月20日,海南大學校農(nóng)學院海南省熱帶生物資源可持續(xù)利用重點實驗室劉進平教授在的科技出版集團斯普林格-自然旗下的樹木專業(yè)期刊《Trees》上發(fā)表綜述文章《Molecular mechanism underlying ethylene stimulation of latex production in rubber tree (Hevea brasiliensis)》。
巴西橡膠樹作為重要工業(yè)原料天然橡膠的zui主要來源,是熱帶地區(qū)重要的經(jīng)濟作物。自20世紀60年代起,發(fā)現(xiàn)利用乙烯利(乙烯的釋放劑)刺激可促使橡膠樹的膠乳產(chǎn)量提高1.5~2 倍,因此與乙烯利刺激相配套的割膠技術廣泛應用于世界主要產(chǎn)膠國的天然橡膠生產(chǎn),被譽為天然橡膠產(chǎn)業(yè)的技術革命。乙烯利刺激割膠技術于1971年傳到我國,極大地促進了我國天然橡膠的生產(chǎn)。
但是,由于巴西橡膠樹作為多年生木本植物本身難以研究,以及研究手段的限制,一直未能揭示乙烯刺激橡膠樹增產(chǎn)分子機制。隨著基因組學、轉錄組學和蛋白組學的出現(xiàn),這些研究技術近年來在破譯乙烯刺激橡膠樹增產(chǎn)分子機制取得較大進展。在此基礎上,劉進平教授提出了一個綜合模型,來解釋乙烯刺激橡膠樹增產(chǎn)的分子機制。
乙烯刺激后,通過乙烯信號轉導途徑及與其它激素(如BR、GA、生長素等)的信號轉導途徑互作,將刺激信號通過轉錄級聯(lián)傳遞到下游的靶基因。乙烯的影響主要在促進膠乳再生和膠乳流動方面發(fā)揮作用,此外,還可能通過活性氧(ROS)的產(chǎn)生和清除來維持細胞的正常功能。在膠乳再生方面,乙烯刺激橡膠樹膠乳增產(chǎn)的主要原因是促使糖酵解途徑加速運行,以提供充足的IPP和天然橡膠生物合成前體,同時抑制乙酰輔酶A流向酒精合成,但不是影響橡膠生物合成途徑本身。
樹皮碳固定(加爾文循環(huán))通量提高也可能是促進膠乳再生的一個原因。乙烯的對膠乳再生的其他影響還包括乙烯促進蔗糖和己糖轉運蛋白表達、促進對橡膠分子合成有重要作用的小橡膠粒子(SRP)的產(chǎn)生等。在膠乳流動方面,乙烯可能通過下調(diào)幾丁質(zhì)代謝相關酶如幾丁質(zhì)酶和葡聚糖酶的表達,及促進Hev b 7-like protein的產(chǎn)生來防止橡膠粒子凝集,或者影響細胞質(zhì)骨架相關蛋白產(chǎn)生,上調(diào)水通道蛋白來防止膠乳凝結。