中国农业科学院植保所创制首个植物E3泛素连接酶文库并揭示稻瘟病抗性新机制

　　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《基因组生物学》（Genome Biology）上发表了题为“An ORFeome of rice E3 ubiquitin ligases for global analysis of the ubiquitination interactome ”的研究论文。该研究创制了植物中首个E3泛素连接酶（UbE3）文库用于泛素化互作组鉴定，并利用该文库鉴定了苯丙氨酶家族蛋白PALs的核心E3泛素连接酶OsFBK16，揭示OsFBK16通过降解OsPALs负调控稻瘟病抗性的分子机制。

 

　　泛素化修饰是真核生物体内最重要的蛋白翻译后修饰之一，在蛋白降解、细胞周期调节、转录调控和信号转导等多个细胞学过程发挥着关键作用。鉴定E3泛素连接酶及其泛素化底物是泛素化修饰研究的重点和难点。过去十年研究，利用特异识别泛素化位点的单克隆抗体等方法在动植物中鉴定到了大量的泛素化蛋白，但由于缺乏系统的E3泛素连接酶鉴定体系，绝大多数泛素化蛋白相对应的E3泛素连接酶都不清楚。

 

　　为了创制高效的E3泛素连接酶鉴定体系，该研究对水稻中的1515个E3泛素连接酶基因（占水稻基因总数的4.73%）进行了系统的分析。通过PCR扩增和大规模基因合成获得了1499个E3泛素连接酶的全长编码序列（覆盖泛素连接酶的98.94%），并以此创制了均一化的水稻E3泛素连接酶酵母文库（UbE3文库）。为了验证UbE3文库的有效性，本研究首先对已报道的分别参与水稻干旱、高盐和抗病等生物学过程的关键泛素化蛋白进行了筛选，结果表明利用UbE3文库可以高效的鉴定到已报道的和新的E3泛素连接酶。进一步，对水稻中通过K-?-GG 单克隆抗体鉴定到的2362个泛素化蛋白（占水稻总蛋白的7.38%）中的OsPALs家族成员进行了筛选。发现 F-box类型E3泛素连接酶OsFBK16是OsPAL1-OsPAL7的核心E3泛素连接酶。证明OsFBK16特异性促进OsPAL1、OsPAL5和OsPAL6蛋白的降解，在水稻中超量表达 OsPAL1 、 OsPAL6 或敲除 OsFBK16 显著增强了对稻瘟病的抗性，证明OsPALs是E3泛素连接酶OsFBK16的底物。

 

　　该研究构建的UbE3文库是植物中第一个完整的E3泛素连接酶文库，提供了强大的蛋白组学资源，为构建“E3泛素连接酶-泛素化蛋白”互作组奠定了重要基础。由于泛素化修饰在真核生物中的重要性和保守性，该文库对其他物种也具有重要的参考和应用价值。

 

　　中国农业科学院植物保护研究所王如意副研究员、尤小满博士、张重阳博士和方红博士为论文的共同第一作者，宁约瑟研究员为论文的通讯作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员等参与了本项目的研究。该研究得到国家自然科学基金和中国农业科学院创新工程等项目的资助。