中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保所創(chuàng)制首個(gè)植物E3泛素連接酶文庫(kù)并揭示稻瘟病抗性新機(jī)制

　　近日，中國(guó)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(duì)在《基因組生物學(xué)》（Genome Biology）上發(fā)表了題為“An ORFeome of rice E3 ubiquitin ligases for global analysis of the ubiquitination interactome ”的研究論文。該研究創(chuàng)制了植物中首個(gè)E3泛素連接酶（UbE3）文庫(kù)用于泛素化互作組鑒定，并利用該文庫(kù)鑒定了苯丙氨酶家族蛋白PALs的核心E3泛素連接酶OsFBK16，揭示OsFBK16通過(guò)降解OsPALs負(fù)調(diào)控稻瘟病抗性的分子機(jī)制。

 

　　泛素化修飾是真核生物體內(nèi)最重要的蛋白翻譯后修飾之一，在蛋白降解、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等多個(gè)細(xì)胞學(xué)過(guò)程發(fā)揮著關(guān)鍵作用。鑒定E3泛素連接酶及其泛素化底物是泛素化修飾研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。過(guò)去十年研究，利用特異識(shí)別泛素化位點(diǎn)的單克隆抗體等方法在動(dòng)植物中鑒定到了大量的泛素化蛋白，但由于缺乏系統(tǒng)的E3泛素連接酶鑒定體系，絕大多數(shù)泛素化蛋白相對(duì)應(yīng)的E3泛素連接酶都不清楚。

 

　　為了創(chuàng)制高效的E3泛素連接酶鑒定體系，該研究對(duì)水稻中的1515個(gè)E3泛素連接酶基因（占水稻基因總數(shù)的4.73%）進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。通過(guò)PCR擴(kuò)增和大規(guī)?；蚝铣色@得了1499個(gè)E3泛素連接酶的全長(zhǎng)編碼序列（覆蓋泛素連接酶的98.94%），并以此創(chuàng)制了均一化的水稻E3泛素連接酶酵母文庫(kù)（UbE3文庫(kù)）。為了驗(yàn)證UbE3文庫(kù)的有效性，本研究首先對(duì)已報(bào)道的分別參與水稻干旱、高鹽和抗病等生物學(xué)過(guò)程的關(guān)鍵泛素化蛋白進(jìn)行了篩選，結(jié)果表明利用UbE3文庫(kù)可以高效的鑒定到已報(bào)道的和新的E3泛素連接酶。進(jìn)一步，對(duì)水稻中通過(guò)K-?-GG 單克隆抗體鑒定到的2362個(gè)泛素化蛋白（占水稻總蛋白的7.38%）中的OsPALs家族成員進(jìn)行了篩選。發(fā)現(xiàn) F-box類(lèi)型E3泛素連接酶OsFBK16是OsPAL1-OsPAL7的核心E3泛素連接酶。證明OsFBK16特異性促進(jìn)OsPAL1、OsPAL5和OsPAL6蛋白的降解，在水稻中超量表達(dá) OsPAL1 、 OsPAL6 或敲除 OsFBK16 顯著增強(qiáng)了對(duì)稻瘟病的抗性，證明OsPALs是E3泛素連接酶OsFBK16的底物。

 

　　該研究構(gòu)建的UbE3文庫(kù)是植物中第一個(gè)完整的E3泛素連接酶文庫(kù)，提供了強(qiáng)大的蛋白組學(xué)資源，為構(gòu)建“E3泛素連接酶-泛素化蛋白”互作組奠定了重要基礎(chǔ)。由于泛素化修飾在真核生物中的重要性和保守性，該文庫(kù)對(duì)其他物種也具有重要的參考和應(yīng)用價(jià)值。

 

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所王如意副研究員、尤小滿(mǎn)博士、張重陽(yáng)博士和方紅博士為論文的共同第一作者，寧約瑟研究員為論文的通訊作者。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所謝旗研究員等參與了本項(xiàng)目的研究。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。