王国梁研究团队在多亚基泛素连接酶调控水稻程序化细胞死亡和广谱抗病性方面取得新突破

1月18日，植物学领域国际权威期刊The Plant Cell发表了我所王国梁研究员课题组与中国水稻研究所曹立勇研究员课题组合作完成的最新研究成果 “OsCUL3a Negatively Regulates Cell Death and Immunity by Degrading OsNPR1 in Rice”的研究论文。该研究综合利用遗传学、分子植物病理学和生物化学等技术手段揭示了多亚基泛素连接酶调控水稻程序化细胞死亡和广谱抗病性的新机制。

在植物中，泛素/26S蛋白酶体途径涉及对植物生长、发育和防御反应等多方面关键步骤的控制。王国梁研究团队自2004年在水稻中鉴定到假病斑突变体spl11以来长期从事泛素连接酶介导的水稻免疫机制研究（Zeng et al., 2004, The Plant Cell），分别于2008年和2015年鉴定了U-box类型泛素连接酶SPL11的底物蛋白SPIN1和SPIN6（Vega-Sánchez et al., 2008, The Plant Cell; Liu et al，2015, PLoS Pathogens）；分别于2012年和2016年鉴定了稻瘟菌效应蛋白AvrPiz-t在水稻中RING-finger类型泛素连接酶靶标蛋白APIP6和APIP10（Park et., 2012, The Plant Cell; Park et., 2016, PLoS Pathogens）；于2015年鉴定了RING-finger类型泛素连接酶APIP6在水稻中的底物蛋白OsELF3-2 (Ning et al., 2015, Molecular Plant )。近来，基于泛素连接酶在水稻免疫过程中的调控机制，分别从细胞壁防御、基础免疫、特异性免疫和细胞死亡四方面进行了总结(Ning et al., 2016, Molecular Plant )。然而，水稻中多亚基泛素连接酶是否参与免疫调控还不清楚。

此项研究在EMS诱变水稻品种ZH11种子而获得的突变体库中发现一个类病斑突变体。该突变体的叶片表现出程序化细胞死亡表型，增强了对稻瘟病菌和白叶枯病菌的抗性。图位克隆和遗传互补实验结果显示，程序化细胞死亡和广谱抗病性表型是由于OsCUL3a蛋白的提前终止造成。互作研究表明OsCUL3a与OsRBX1和BTB蛋白相互作用，说明在水稻中存在保守的CUL3-BTB多亚基泛素连接酶。生化研究结果表明OsCUL3a通过靶向降解水稻中免疫相关关键蛋白OsNPR1而负调控水稻程序化细胞死亡和免疫应激反应。本研究在水稻中首次发现OsCUL3a调控程序化细胞死亡和广谱抗病性，极大的丰富了植物中CUL3蛋白的调控机制。OsCUL3-OsNPR1调控模型的鉴定也是水稻中首次报道的多亚基泛素连接酶参与免疫调控的作用模型，很好的补充了现有研究的空白。这一研究进一步丰富了影响水稻类病斑突变的分子理论体系，可为高抗水稻分子育种提供新的理论切入点。

我所与中国水稻所联合培育博士研究生刘群恩、我所宁约瑟副研究员和中国水稻所张迎信副研究员是文章的共同第一作者。我所王国梁研究员、中国水稻所曹立勇研究员和程式华研究员为文章通讯作者。该研究得到转基因重大专项、中国农科院创新工程、国家自然科学基金和中国科协青年托举人才项目的资助。

原文链接： http://www.plantcell.org/content/early/2017/01/18/tpc.16.00650.abstract?papetoc