2026年3月11日，北京师范大学刘莉教授团队联合南方科技大学郭红卫教授团队和中国农业大学宋文教授团队在Molecular Plant上在线发表题为Functional divergence of two ethylene receptor subfamilies in calcium permeability的研究论文。该研究揭示了拟南芥中两个乙烯受体亚家族的核心功能分化：亚家族I受体作为核心乙烯感知模块，具有钙离子通透性；而亚家族II受体不具备钙离子通透性，其信号传导功能依赖于亚家族I受体。研究进一步发现，乙烯触发的植物细胞内钙离子内流依赖于亚家族I受体，从而在乙烯感知与钙信号之间建立了直接联系。这一发现为理解乙烯信号的感知及转导提供了全新的分子视角。

       乙烯作为最早被发现、也是最重要的植物激素之一，广泛调控植物的生长发育和环境胁迫的响应。尽管乙烯受体ETR1是首个通过遗传学鉴定的植物激素受体，但受体感知乙烯后如何启动下游信号转导，近四十年来一直是领域内尚未解决的核心问题。

        在模式植物拟南芥中，乙烯受体家族包含五个成员，可进一步分为亚家族I（ETR1和ERS1）和亚家族II（ETR2、ERS2和EIN4）。遗传学证据表明，亚家族I的功能缺失突变体表现出比亚家族II突变体更为强烈的乙烯响应和生长发育缺陷。在动态表型层面，亚家族I受体的功能获得性突变能完全阻断乙烯介导的快速生长抑制（发生在数分钟之内），而亚家族II受体的突变则影响甚微。这些结果表明两类受体通过不同的机制发挥作用，同时也暗示在乙烯响应早期可能有快速响应信号的参与。

      钙离子不仅是植物必需的矿质营养，更是真核生物中普遍存在的第二信使，广泛参与发育和逆境响应。早期研究曾提示乙烯信号与钙信号之间存在关联，但两者之间直接的分子联系始终未被阐明。

      为突破亚家族I双突变体致死带来的研究瓶颈，该研究巧妙构建了基于诱导型EIN2的遗传体系。利用该体系，研究首次从遗传上证明：亚家族I受体是植物感知乙烯的“核心模块”，缺失该亚家族后植物完全丧失乙烯响应能力。更重要的是，亚家族II受体的功能获得性突变无法挽救亚家族I缺失的表型，这一发现挑战了“两个亚家族平行发挥作用”的传统模型，证实亚家族II受体的功能发挥严格依赖于亚家族I受体。

          图1. 亚家族I受体是植物感知乙烯必需的

       基于亚家族I受体在快速乙烯响应中的主导作用，研究深入探究了其生化机制。通过AlphaFold3结构模拟、爪蟾卵母细胞和HEK293F细胞电生理学实验，发现仅亚家族I受体（ETR1和ERS1）具有钙离子通透性，而亚家族II受体不具备此功能。进一步研究定位了关键功能位点，亚家族I特有的第76位苯丙氨酸，以及所有受体家族高度保守的第65位半胱氨酸（即etr1-1突变位点），是维持ETR1钙通道活性的关键残基。

       此外，电生理实验表明乙烯处理能增强ETR1的钙通道活性。在植物体内，乙烯能够诱导细胞质内钙离子浓度的升高，且这一过程依赖于亚家族I受体。这些结果共同构建了一个新的信号转导模型：乙烯与亚家族I受体结合后，直接激活其钙离子通透功能，将激素信号转化为钙信号这一第二信使，从而启动下游乙烯响应。

        图2. 亚家族I受体具有钙通透性

       该研究揭示了乙烯受体两个亚家族在乙烯响应中的重要功能差异，以及两类受体之间基于钙离子通透性的核心功能分化。更重要的是，它在乙烯受体与钙信号之间建立了直接的分子联系，为理解乙烯受体如何感知激素并启动信号转导的分子本质提供了新的见解。这一发现不仅为未来通过调控乙烯信号来改良作物农艺性状和采后保鲜提供了全新靶点，也为研究其他植物激素受体的多元功能开辟了新的思路。

         图3. 乙烯诱导的钙离子内流调控乙烯信号组分潜在工作模型图

       南方科技大学生命科学学院已毕业博士生潘辰亮、北京师范大学生命科学学院博士生程俊媛、中国农业大学生物学院博士生林梓柠（强基计划）为文章的共同第一作者。南方科技大学生命科学学院郭红卫讲席教授、北京师范大学生命科学学院刘莉教授和中国农业大学生物学院/植物抗逆高效全国重点实验室宋文教授为文章的共同通讯作者。南方科技大学研究助理教授郝冬冬、严维、研究助理肖志娜、中国农业大学生物学院博士后明宇航、博士生游鹏、本科生于洪涛（强基计划）对本研究作出了重要贡献。中国农业大学植物抗逆高效全国重点实验室杨淑华教授对项目研究给予了大力支持。国家自然科学基金、新基石科学基金会、中国农业大学基金、植物抗逆高效全国重点实验室基金、拼多多-中国农业大学研究基金、深圳科技计划项目、中国博士后科学基金会等资助下完成。