2016年8月20日,海南大學(xué)校農(nóng)學(xué)院海南省熱帶生物資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉進(jìn)平教授在的科技出版集團(tuán)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(jì)作物。自20世紀(jì)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(shù)廣泛應(yīng)用于世界主要產(chǎn)膠國的天然橡膠生產(chǎn),被譽(yù)為天然橡膠產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革命。乙烯利刺激割膠技術(shù)于1971年傳到我國,極大地促進(jìn)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(jī)制。隨著基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)的出現(xiàn),這些研究技術(shù)近年來在破譯乙烯刺激橡膠樹增產(chǎn)分子機(jī)制取得較大進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上,劉進(jìn)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(jī)制。
乙烯刺激后,通過乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及與其它激素(如BR、GA、生長素等)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑互作,將刺激信號通過轉(zhuǎn)錄級聯(lián)傳遞到下游的靶基因。乙烯的影響主要在促進(jìn)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(xì)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(yùn)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(jìn)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(jìn)蔗糖和己糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)、促進(jìn)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(guān)酶如幾丁質(zhì)酶和葡聚糖酶的表達(dá),及促進(jìn)Hev b 7-like protein的產(chǎn)生來防止橡膠粒子凝集,或者影響細(xì)胞質(zhì)骨架相關(guān)蛋白產(chǎn)生,上調(diào)水通道蛋白來防止膠乳凝結(jié)。