上海生科院在作物免疫和抗病性研究中取得進展

2020-11-30 中國科學院

　　12月15日，國際學術期刊Cell Host & Microbe發表了中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所何祖華研究組題為An E3 Ubiquitin ligase-BAG Protein Module Controls Plant Innate Immunity and Broad-Spectrum Disease Resistance（《一個E3連接酶-BAG蛋白分子模塊調控植物免疫和廣譜抗病性》）的研究論文。該研究成功克隆了廣譜抗病調控基因EBR1(Enhanced Blight and Blast Resistance 1)，並揭示了水稻E3-BAG蛋白模塊調控免疫動態平衡與廣譜抗病的分子機理。

　　植物生理與病理過程有很多細胞死亡，尤其是植物免疫失控會產生自身免疫反應，但相關的調控機理並不清楚。此外，稻瘟病和白葉枯病是水稻的兩大主要病害，是水稻產量損失的最直接因素。因此，水稻抗病性的研究對於保障全球糧食安全具有重大意義。何祖華研究組長期從事植物抗病及其與生長發育途徑互作的研究。他們最初在水稻資源庫中篩選到一個對稻瘟病和白葉枯高抗的材料，將該材料命名為ebr1 (enhanced blight and blast resistance 1) 。研究團隊通過圖位克隆的方法成功分離克隆了廣譜抗病調控基因EBR1。實驗表明，EBR1 基因編碼一個具有RING結構域的E3泛素連接酶。為了闡明EBR1蛋白調控細胞死亡和防衛反應的分子機制，研究團隊通過廣泛的酵母篩庫成功找到了EBR1的下遊互作蛋白OsBAG4。BAG (Bcl-2-associated athanogene)蛋白在哺乳動物中參與很多細胞凋亡、免疫疾病、腫瘤等過程。他們的生化實驗證明了OsBAG4是EBR1的底物，EBR1能夠泛素化修飾OsBAG4，促使OsBAG4通過26S蛋白酶體途徑降解。ebr1突變體植株中OsBAG4 蛋白累積、OsBAG4過表達也產生類似ebr1材料的自身免疫表型，而在ebr1背景中將OsBAG4 表達降低可以抑制其自身免疫表型。進一步研究發現，ebr1及OsBAG4過表達的材料中防衛激素水楊酸和茉莉酸的含量都顯著提高。研究證明EBR1-BAG4模塊主要調控了植物的PTI免疫途徑，激發廣譜抗病，並影響生長發育途徑。

　　研究團隊認為OsBAG4在植物免疫反應中扮演重要角色，而EBR1-BAG4模塊調控了基礎免疫反應與植物生長發育（產量性狀）的精細平衡。OsBAG4激活抗病反應，而EBR1蛋白則會阻止OsBAG4蛋白累積，從而將OsBAG4蛋白控制在合理水平，避免植物產生自身免疫，使植物維持正常的生長發育。

　　該研究得到國家基金委、中科院先導專項、轉基因重大專項等項目的資助。

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上海生科院在作物免疫和抗病性研究中取得進展

　　12月15日，國際學術期刊Cell Host & Microbe發表了中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所何祖華研究組題為An E3 Ubiquitin ligase-BAG Protein Module Controls Plant Innate Immunity and Broad-Spectrum Disease Resistance（《一個E3連接酶-BAG蛋白分子模塊調控植物免疫和廣譜抗病性》）的研究論文。該研究成功克隆了廣譜抗病調控基因EBR1(Enhanced Blight and Blast Resistance 1)，並揭示了水稻E3-BAG蛋白模塊調控免疫動態平衡與廣譜抗病的分子機理。
　　植物生理與病理過程有很多細胞死亡，尤其是植物免疫失控會產生自身免疫反應，但相關的調控機理並不清楚。此外，稻瘟病和白葉枯病是水稻的兩大主要病害，是水稻產量損失的最直接因素。因此，水稻抗病性的研究對於保障全球糧食安全具有重大意義。何祖華研究組長期從事植物抗病及其與生長發育途徑互作的研究。他們最初在水稻資源庫中篩選到一個對稻瘟病和白葉枯高抗的材料，將該材料命名為ebr1 (enhanced blight and blast resistance 1) 。研究團隊通過圖位克隆的方法成功分離克隆了廣譜抗病調控基因EBR1。實驗表明，EBR1 基因編碼一個具有RING結構域的E3泛素連接酶。為了闡明EBR1蛋白調控細胞死亡和防衛反應的分子機制，研究團隊通過廣泛的酵母篩庫成功找到了EBR1的下遊互作蛋白OsBAG4。BAG (Bcl-2-associated athanogene)蛋白在哺乳動物中參與很多細胞凋亡、免疫疾病、腫瘤等過程。他們的生化實驗證明了OsBAG4是EBR1的底物，EBR1能夠泛素化修飾OsBAG4，促使OsBAG4通過26S蛋白酶體途徑降解。ebr1突變體植株中OsBAG4 蛋白累積、OsBAG4過表達也產生類似ebr1材料的自身免疫表型，而在ebr1背景中將OsBAG4 表達降低可以抑制其自身免疫表型。進一步研究發現，ebr1及OsBAG4過表達的材料中防衛激素水楊酸和茉莉酸的含量都顯著提高。研究證明EBR1-BAG4模塊主要調控了植物的PTI免疫途徑，激發廣譜抗病，並影響生長發育途徑。
　　研究團隊認為OsBAG4在植物免疫反應中扮演重要角色，而EBR1-BAG4模塊調控了基礎免疫反應與植物生長發育（產量性狀）的精細平衡。OsBAG4激活抗病反應，而EBR1蛋白則會阻止OsBAG4蛋白累積，從而將OsBAG4蛋白控制在合理水平，避免植物產生自身免疫，使植物維持正常的生長發育。
　　該研究得到國家基金委、中科院先導專項、轉基因重大專項等項目的資助。
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