Anzeige
In recent years, scientists learned a lot about the different components that transmit ethylene signals inside cells. But a central regulator of ethylene responses, a protein known as EIN2, resisted all their efforts.
Finally, after more than a decade of constant probing, a team of researchers led by Joseph Ecker, Ph.D., a professor in the Plant Biology laboratory and director of the Salk Institute Genomic Analysis Laboratory, successfully pinned down the elusive protein. Turns out, the presence of ethylene stabilizes the otherwise ephemeral EIN2 allowing it to gather up enough strength to pass on ethylene’s message.
Their findings, published in the Feb. 15, 2009 edition of the journal Genes and Development, are an important step toward defining EIN2’s role in growth and development and modifying key processes to improve agriculture, preventing crop losses due to ethylene related processes.
“Ethylene is involved in a wide variety of processes and we knew from genetic experiments that EIN2 is right at the center of ethylene signaling pathway, but for the longest time we were unable to figure out how it is regulated,” says Ecker. “Now that we know that EIN2 is negatively regulated by protein degradation, we can begin to understand how it triggers all these different ethylene responses in plants.”
All aspects of a plant’s life are influenced by ethylene: It induces seed germination and the so-called triple response in seedlings, which helps them to push past obstructions. It regulates root hair growth in general and nodulation in nitrogen-fixing legumes. It stimulates fruit ripening, floral fading and abscission, which allows plants to drop fruits, leaves and flowers. But it also protects against pathogens and environmental stress.
While ethylene’s power has been harnessed since the ancient Egyptians discovered that scoring figs hastens the ripening process, it also causes significant losses for florists, markets, suppliers and growers. A single rotting apple’s ethylene production will accelerate the ripening process in nearby apples causing them to spoil as well. Stress during shipping and handling increases ethylene production in cut flowers inducing premature floral fading.
“Ethylene plays a big role in our daily life and ethylene overproduction causes huge economic losses every year,” says first author Hong Qiao, Ph.D., a postdoctoral fellow in Ecker’s lab. “Once we fill in the gaps in our understanding of the ethylene signaling pathway, we can use this knowledge to improve pathogen or drought resistance in plants.”
In the absence of ethylene, a protein called CTR1—short for constitutive triple response 1—shuts down the ethylene pathway through the repression of a protein known as ETHYLENE INSENSITIVE 2 or EIN2. As soon as ethylene binds to its receptors, though, CTR1 looses its paralyzing grip on EIN2 and EIN2 becomes active. But nobody knew how.
Since the activity of the gene, which was isolated in Ecker’s lab in 1995, doesn’t change, Qiao took a closer look at protein levels. It quickly became clear that EIN2 is a short-lived protein that is constantly recycled. When she treated the plants with ethylene, however, EIN2 was no longer degraded and started to accumulate.
Further experiments revealed that two so-called F-box proteins, ETP1 and ETP2 (EIN2 targeting protein 1 and 2), flag EIN2 for degradation when it is not needed for signal transmission. In the presence of ethylene, both F-box proteins are inactivated and EIN2 is no longer sent to the cell’s recycling plant.
“Protein degradation is an emerging theme in plant biology and has been linked to several signaling pathways,” explains Ecker. “This type of regulation is like having your foot on the accelerator and the brake at the same time, then letting up on the brake. It allows cells to respond quickly to incoming information.”
When Qiao inactivated both ETP1 and ETP2 the ethylene signaling pathway was permanently active. When she increased their levels above normal the plants did not respond to the presence of ethylene at all because they couldn’t shake off ETP1 and ETP2. “It really confirmed the central role of EIN2,” say Qiao. “Now we can follow this route and fill in the gaps between EIN2 and downstream components of the pathway.”
Graduate student Katherine N. Chang, and postdoctoral researcher Junshi Yazaki, Ph.D., both in Ecker’s lab also contributed to the study.
The work was funded by the National Science Foundation.
The Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, California, is an independent nonprofit organization dedicated to fundamental discoveries in the life sciences, the improvement of human health, and the training of future generations of researchers. Jonas Salk, M.D., whose polio vaccine all but eradicated the crippling disease poliomyelitis in 1955, opened the Institute in 1965 with a gift of land from the City of San Diego and the financial support of the March of Dimes.
Gina Kirchweger | Quelle: Newswise Science News
Weitere Informationen: www.salk.edu
Weitere Berichte zu: ephemeral EIN2 > ethylene signals > ETP1 > ETP2 > F-box > F-box proteins > flowers > Flowers Die > fruits > Fruits Ripen > gaseous plant hormone ethylene > Hormon > Key Plant Hormone > nitrogen-fixing legumes > signaling pathway
Newly discovered breast milk antibodies help neutralize HIV
23.05.2012 | Duke University Medical Center
Scientists unravel role of fusion gene in prostate cancer
23.05.2012 | New York- Presbyterian Hospital/Weill Cornell Medical Center/Weill Cornell Medical College
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Ein neuer Sonderforschungsbereich (SFB) an der Philipps-Universität geht der einzigartigen Fähigkeit von Mikroorganismen auf den Grund, sich ständig an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert den SFB 987 mit dem Titel "Mikrobielle Diversität in der umweltabhängigen Signalantwort" in den kommenden vier Jahren mit voraussichtlich mehr als sieben Millionen Euro.
„Die erfolgreiche Beantragung des neuen Sonderforschungsbereichs belegt einmal mehr die exzellenten wissenschaftlichen Leistungen im Bereich der Mikrobiologie am Standort Marburg“, erklärt Professor Dr. Frank Bremmer, der Marburger Uni-Vizepräsident für Forschung. „Die Einrichtung des SFB wird Marburgs Stellung als zentraler Ort der mikrobiologischen Forschung festigen und deren internationale Sichtbarkeit weiter erhöhen.“ ...
Erosion in tropischen Küstenregionen führt zum schnellen Tod der Korallen
Die Farbigkeit, Vielfalt und Exotik der tropischen Korallenriffe fasziniert viele Menschen weltweit. Und doch sind es die Folgen unserer Zivilisation, die dieses fragile Ökosystem bedrohen durch Klimaerwärmung, Sauerstoffmangel und Ozeanversauerung. Fortschreitende Industrialisierung, Waldrodungen und intensive Landwirtschaft in küstennahen Gebieten führen zu Erosion und verändern die Lebensbedingungen im Meer dramatisch.
Jetzt ...
Anzeige
Anzeige

23.05.2012 | Energie und Elektrotechnik
Nano-Müll lässt sich nicht verbrennen
23.05.2012 | Ökologie Umwelt- Naturschutz
Nea Kameni volcano movement captured by Envisat
23.05.2012 | Geowissenschaften
Jeder Mensch ist anders - Nutzen der individualisierten Medizin
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
14th Leibniz Conference of advanced science „Sensorsysteme 2012“
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Exklusive Kontakte beim Investforum
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten