四川农业大学国家重点实验室在《Cell》旗下期刊发表研究成果，揭示泛素连接酶调控水稻抗病与开花的新机制

泛素连接酶在泛素化修饰过程中扮演着关键角色‌，‌它们通过不同的机制将泛素分子连接到靶蛋白上，‌影响蛋白质的功能和命运，进而调控多个生理过程，比如植物的开花和抗病。

近日，四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室王静/陈学伟教授团队在Developmental Cell期刊上发表了题为E3 ubiquitin ligase IPI1 controls rice immunity and flowering via both E3 ligase-dependent and -independent pathways的研究论文，发现泛素连接酶IPI1可以通过一条依赖或不依赖其E3泛素连接酶活性的途径，直接或间接地影响OsELF3-1和OsELF3-2的稳定性，进而协同调控水稻的开花和抗病。

OsELF3-1和OsELF3-2是调控水稻开花和抗病的两个同源蛋白。IPI1是一个含有RING finger结构域的E3泛素连接酶。一方面，IPI1直接与OsELF3-1和OsELF3-2相互作用，促进OsELF3-1/OsELF3-2的泛素化修饰，导致OsELF3-1/OsELF3-2被蛋白酶复合体系统识别并降解。这一过程依赖于IPI1的E3泛素连接酶活性。另一方面，IPI1与另一个泛素连接酶APIP6相互作用，抑制APIP6的自我泛素化，促进APIP6的稳定性，进而促进APIP6下游多个蛋白的泛素化降解，包括OsELF3-2。这一过程不依赖于IPI1的E3泛素连接酶活性。

开花和抗病需要消耗大量的能量。研究发现，在水稻进入开花期后，开花基因表达量显著提高，同时伴随着抗病基因表达量的显著下调，这意味着开花和抗病信号转导通路的平衡对于水稻生长至关重要，而IPI1在这一过程发挥了一定作用。一方面，IPI1表达量在稻瘟病菌侵染后显著提高，增强水稻抗病能力。另一方面，在进入开花期后，IPI1表达量明显降低，促进开花。IPI1功能缺失后，表现为开花提前、更易受稻瘟病菌侵害。

综上，该研究解析了泛素连接酶IPI1协同调控水稻对稻瘟病的抗性和开花的分子机制，发现了泛素连接酶通过非泛素化修饰途径调控植物信号转导的新功能，为深入研究泛素连接酶平衡植物免疫和生长发育的机理奠定了基础。

四川农业大学已毕业博士研究生易红、青年教师石辉和已毕业硕士研究生毛洧为论文的共同第一作者，四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室王静教授为论文的通讯作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室李家洋院士和四川农业大学陈学伟教授对本研究的开展给予了大力支持。该研究得到农业生物育种重大专项，国家自然科学基金和四川省自然科学基金的资助。

值得一提的是，Developmental Cell同期背靠背发表了中国农业科学院植物保护研究所宁约瑟团队题为A pair of E3 ubiquitin ligases control immunity and flowering by targeting different ELF3 proteins in rice的研究论文，报道了相同的水稻抗病与开花调控机制。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.06.014

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.06.013

来源：四川农业大学