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“The rice E3 ubiquitin ligase-transcription factor module targets two trypsin inhibitors to enhance broad-spectrum disease resistance”的研究論文。該研究報道了E3泛素連接酶OsRING113-轉(zhuǎn)錄因子APIP5模塊通過靶標(biāo)胰蛋白酶抑制劑調(diào)控水稻廣譜抗病性的新機(jī)制。
水稻是全球重要的糧食作物，由稻瘟菌（Magnaporthe oryzae）和白葉枯菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）侵染引起的稻瘟病和白葉枯病嚴(yán)重威脅水稻安全生產(chǎn)。挖掘水稻廣譜抗病基因并解析其分子機(jī)制，對培育水稻抗病新品種和開發(fā)病害防控新策略具有重要意義。團(tuán)隊前期研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子APIP5是抗病蛋白Piz-t下游關(guān)鍵調(diào)控因子（Wang et al., 2016 Current Biology），APIP5在轉(zhuǎn)錄水平主要通過抑制酚胺代謝基因簇表達(dá)，在轉(zhuǎn)錄后水平通過促進(jìn)小G蛋白基因的mRNA降解抑制稻瘟病抗病性（Fang et al., 2021 Science Bulletin；Zhang et al., 2022 Nucleic Acids Research）。然而，APIP5蛋白穩(wěn)態(tài)如何被調(diào)控還不清楚。
本研究發(fā)現(xiàn)，APIP5蛋白被26S蛋白酶體系統(tǒng)降解。進(jìn)一步利用團(tuán)隊創(chuàng)制的E3泛素連接酶文庫（UbE3）篩選到靶標(biāo)APIP5的E3泛素連接酶OsRING113。泛素化修飾分析發(fā)現(xiàn)OsRING113通過K48多聚泛素化修飾APIP5，促進(jìn)APIP5蛋白降解。在水稻中過量表達(dá)OsRING113增強(qiáng)了對稻瘟病和白葉枯病的廣譜抗病性，且不影響水稻正常生長。RNA-seq分析發(fā)現(xiàn)，OsRING113過表達(dá)和apip5株系具有類似的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子APIP5轉(zhuǎn)錄抑制Bowman-Birk胰蛋白酶抑制劑基因OsBBTI5和APIP4表達(dá)。遺傳分析表明，OsBBTI5和APIP4正調(diào)控對稻瘟病和白葉枯病抗病性。而OsBBTI5和APIP4主要通過促進(jìn)病程相關(guān)蛋白OsPR1aL積累提高水稻抗病性。本研究揭示了E3泛素連接酶-轉(zhuǎn)錄因子-胰蛋白酶抑制劑-病程相關(guān)蛋白介導(dǎo)的植物廣譜抗病層級調(diào)控機(jī)制，為培育廣譜抗病作物新品種提供了重要理論基礎(chǔ)和候選基因。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所和深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所聯(lián)合培養(yǎng)博士后張重陽為第一作者，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。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.05.003
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