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Cell子刊《发育细胞》（Developmental Cell）上发表了题为“The rice E3 ubiquitin ligase-transcription factor module targets two trypsin inhibitors to enhance broad-spectrum disease resistance”的研究论文。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。
水稻是全球重要的粮食作物，由稻瘟菌（Magnaporthe oryzae）和白叶枯菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）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（Wang et al., 2016 Current Biology），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（Fang et al., 2021 Science Bulletin；Zhang et al., 2022 Nucleic Acids Research）。然而，APIP5蛋白稳态如何被调控还不清楚。
本研究发现，APIP5蛋白被26S蛋白酶体系统降解。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。本研究揭示了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。
中国农业科学院植物保护研究所和深圳农业基因组研究所联合培养博士后张重阳为第一作者，中国农业科学院植物保护研究所宁约瑟研究员为该论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和中国农科院农业科技创新工程等项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.05.003
