水稻E3泛素连接酶转录因子模块调控水稻广谱抗病性机制获揭示

近日，中国农业科学院植物保护研究所作物病原生物功能基因组研究创新团队在《细胞》子刊《发育细胞》（Developmental Cell）发表研究论文。该研究报道了E3泛素连接酶OsRING113-转录因子APIP5模块通过靶标胰蛋白酶抑制剂调控水稻广谱抗病性的新机制。

水稻是全球重要粮食作物，由稻瘟菌和白叶枯菌侵染引起的稻瘟病和白叶枯病严重威胁水稻安全生产。挖掘水稻广谱抗病基因并解析其分子机制，对培育水稻抗病新品种和开发病害防控新策略具有重要意义。

团队前期研究发现，转录因子APIP5是抗病蛋白Piz-t下游关键调控因子，APIP5在转录水平主要通过抑制酚胺代谢基因簇表达，在转录后水平通过促进小G蛋白基因的mRNA降解抑制稻瘟病抗病性。然而，APIP5蛋白稳态如何被调控还不清楚。

这项研究发现，APIP5蛋白被26S蛋白酶体系统降解。研究人员进一步利用团队创制的E3泛素连接酶文库（UbE3）筛选到靶标APIP5的E3泛素连接酶OsRING113。泛素化修饰分析发现OsRING113通过K48多聚泛素化修饰APIP5，促进APIP5蛋白降解。在水稻中过量表达OsRING113增强了对稻瘟病和白叶枯病的广谱抗病性，且不影响水稻正常生长。RNA-seq分析发现，OsRING113过表达和apip5株系具有类似的转录调控。进一步发现转录因子APIP5转录抑制Bowman-Birk胰蛋白酶抑制剂基因OsBBTI5和APIP4表达。遗传分析表明，OsBBTI5和APIP4正调控对稻瘟病和白叶枯病抗病性。而OsBBTI5和APIP4主要通过促进病程相关蛋白OsPR1aL积累提高水稻抗病性。

这项研究揭示了E3泛素连接酶-转录因子-胰蛋白酶抑制剂-病程相关蛋白介导的植物广谱抗病层级调控机制，为培育广谱抗病作物新品种提供了重要理论基础和候选基因。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.05.003