內質網(wǎng)是真核細胞中負責蛋白質折疊、脂質合成及鈣穩(wěn)態(tài)調控的重要細胞器，其腔內氧化還原平衡對于蛋白質成熟和細胞穩(wěn)態(tài)至關重要。內質網(wǎng)氧化還原失衡可誘發(fā)內質網(wǎng)脅迫，在動物系統(tǒng)中已被證明與多種疾病密切相關，但其在植物中的生理功能及感知機制仍有待深入解析。乙烯作為調控植物生長發(fā)育與逆境響應的重要激素，其信號感知與轉導發(fā)生于內質網(wǎng)，這一特征提示內質網(wǎng)穩(wěn)態(tài)與乙烯信號之間可能存在著深層的聯(lián)系。

2026年4月28日，南方科技大學郭紅衛(wèi)團隊在Cell發(fā)表題為Sensing endoplasmic reticulum redox state by ethylene receptors的研究論文，揭示了植物激素乙烯受體感知內質網(wǎng)氧化還原狀態(tài)的新功能，建立了細胞器穩(wěn)態(tài)與激素信號之間的直接分子橋梁，為理解植物逆境適應提供了全新視角。

乙烯受體直接感知內質網(wǎng)氧化還原狀態(tài)變化

研究團隊發(fā)現(xiàn)，內質網(wǎng)還原脅迫誘導劑DTT能夠以一種不依賴于經(jīng)典內質網(wǎng)應激信號通路的方式顯著激活乙烯信號。進一步研究表明，乙烯受體能通過位于內質網(wǎng)腔中的分子間二硫鍵來感知腔內的氧化還原狀態(tài)，這些二硫鍵對于維持受體的功能構象至關重要。在還原條件下，二硫鍵被破壞，導致受體ETR1構象穩(wěn)定性下降，并伴隨其降解增強及與下游核心信號組分EIN2互作減弱，從而激活EIN3/EIL1介導的乙烯響應。研究進一步揭示，在其他乙烯受體存在的情況下，這兩對二硫鍵的有無并不影響受體與乙烯的結合，但會決定受體對氧化還原狀態(tài)的感知。這些結果表明，乙烯受體結合乙烯和感知內質網(wǎng)氧化還原狀態(tài)可能是兩個相對獨立的過程，協(xié)同決定了下游信號的響應強度。

環(huán)境信號通過內質網(wǎng)氧化還原狀態(tài)精細調控乙烯響應

進一步研究發(fā)現(xiàn)，自然環(huán)境的變化可以通過影響內質網(wǎng)氧化還原狀態(tài)來調控乙烯信號。例如，在缺氧條件下，內質網(wǎng)趨于還原狀態(tài)，ETR1的二硫鍵被破壞，從而快速激活乙烯響應，幫助植物應對低氧脅迫；而在黃化苗由暗轉光的過程中，內質網(wǎng)氧化狀態(tài)增強，有利于受體二硫鍵的形成，從而在一定程度上抑制乙烯信號，促進光形態(tài)建成。這一過程構成了“環(huán)境變化—內質網(wǎng)氧化還原狀態(tài)改變—受體結構與活性調節(jié)—乙烯信號響應變化”的調控鏈條，提示內質網(wǎng)氧化還原狀態(tài)在連接環(huán)境信號與激素響應中發(fā)揮重要作用。

從“氧化還原感受器”到“乙烯受體”的功能演變

研究團隊注意到，介導二硫鍵形成的半胱氨酸殘基在從早期苔蘚到被子植物的所有陸地植物中高度保守，并且這些受體普遍具有通過分子間二硫鍵來響應氧化還原狀態(tài)的能力。有趣的是，二硫鍵對來自于非種子植物的乙烯受體的功能具有更顯著的影響。由于非種子植物中缺乏乙烯合成的關鍵酶ACO，內源乙烯含量和敏感性都比較低，這表明感知內質網(wǎng)氧化還原狀態(tài)可能是乙烯受體更為古老的功能，其出現(xiàn)早于大量乙烯的生物合成?；诖?，研究團隊提出：在早期陸地植物中，乙烯受體可能主要參與氧化還原狀態(tài)感知；隨著種子植物演化出新的受體亞家族，通過不同受體之間的協(xié)同作用，在保留氧化還原響應能力的同時，逐步獲得對乙烯分子的精細感知能力。這一進化特征可能為乙烯參與調控種子植物特有的生物學過程（如種子發(fā)育、開花、果實成熟）提供了潛在的分子基礎。

綜上，該研究打破了人們對乙烯受體功能的傳統(tǒng)認知：它不僅是激素信號的“接收器”，更是細胞內質網(wǎng)穩(wěn)態(tài)的“環(huán)境哨兵”。通過二硫鍵的動態(tài)可逆變化，乙烯受體將內質網(wǎng)的氧化還原狀態(tài)與下游乙烯響應直接耦聯(lián)起來，實現(xiàn)了對缺氧、光暗轉變等環(huán)境挑戰(zhàn)的適應。這一“細胞器穩(wěn)態(tài)-激素信號”協(xié)同調控機制的揭示，為理解植物適應性的多層次調控提供了全新理論框架。

南方科技大學生命科學學院郝冬冬研究助理教授為論文第一作者，郭紅衛(wèi)講席教授為通訊作者，南方科技大學為論文的第一單位及通訊單位。南方科技大學郭紅衛(wèi)教授團隊的肖志娜、嚴維博士、潘辰亮博士、晉蓮博士、彭旸博士、裘喻平博士以及溫興博士共同參與了研究。深圳灣實驗室黃愷研究員及博士研究生楊彥婷，中國農業(yè)大學宋文教授，清華大學陳浩東研究員及博士研究生陳之忍，中山大學肖仕教授及博士研究生邢瑩，以及云南大學姜凱研究員也對該研究做出了重要貢獻。該研究得到國家自然科學基金、新基石科學基金會、深圳市科技創(chuàng)新委員會、深圳灣實驗室重點項目以及廣東省珠江人才計劃等項目的資助。

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https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.04.004