近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所作物病原生物功能基因組研究創(chuàng)新團(tuán)隊在Cell子刊《發(fā)育細(xì)胞》（ Developmental Cell ）上發(fā)表了題為“A pair of E3 ubiquitin ligases control immunity and flowering by targeting different ELF3 proteins in rice”的研究論文。該研究報道了水稻中一對同源E3泛素連接酶通過靶標(biāo)一對同源底物蛋白調(diào)控水稻抗病性和開花期的新機制。

 

　　泛素-蛋白酶體系統(tǒng)在植物生長發(fā)育和脅迫應(yīng)答等細(xì)胞過程中都發(fā)揮了重要的調(diào)控作用。E3泛素連接酶介導(dǎo)的蛋白降解機制廣泛參與了植物與病原菌的互作過程。團(tuán)隊前期研究發(fā)現(xiàn)，水稻E3泛素連接酶APIP6通過降解底物蛋白OsELF3-2正調(diào)控水稻對稻瘟菌的抗病性。

 

　　本研究通過酵母文庫篩選發(fā)現(xiàn)APIP6與同源的E3泛素連接酶IPI1形成異源二聚體，且都與OsELF3-2相互作用，并通過26S蛋白酶體系統(tǒng)促進(jìn)其降解，從而正調(diào)控水稻對稻瘟菌的抗性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，IPI1與OsELF3-2的同源蛋白OsELF3-1特異性相互作用并通過26S蛋白酶體系統(tǒng)促進(jìn)其降解。過量表達(dá) IPI1 株系表現(xiàn)出與 oself3-1 突變體類似的晚花表型，而 oself3-1 突變體還顯著增強稻瘟菌抗性。相比之下， oself3-2 突變體的開花期與野生型無顯著差異，表明水稻中的同源ELF3蛋白在免疫和開花的調(diào)節(jié)中出現(xiàn)功能分化，這些研究結(jié)果為同源蛋白在植物中的進(jìn)化提供了證據(jù)。有趣的是，IPI1和APIP6異源二聚體能夠協(xié)同負(fù)調(diào)控OsELF3-1與OsELF3-2的蛋白積累，進(jìn)而精準(zhǔn)調(diào)控水稻抗病性和開花期，表明同源蛋白可以協(xié)同促進(jìn)底物蛋白降解。本研究在植物中率先揭示了一對E3泛素連接酶通過靶向同源底物蛋白調(diào)控抗病性和開花期的新機制，為創(chuàng)制抗病且開花期適中的作物新品種奠定了重要基礎(chǔ)。

 

　　值得一提的是，本研究與四川農(nóng)業(yè)大學(xué)王靜教授團(tuán)隊題為“E3 ubiquitin ligase IPI1 controls rice immunity and flowering via both E3 ligase-dependent and -independent pathways”的論文從不同切入點開展研究得到了類似的結(jié)論，同時發(fā)表在《 Developmental Cell 》雜志。

 

　　中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生徐曉以及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所博士后史學(xué)濤為論文的共同第一作者，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所寧約瑟研究員為該論文的通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程等項目的資助。

 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.06.013