全面综述E3泛素连接酶调控水稻免疫研究进展

作者： iPlants 宋凤鸣 2024/9/10 13:48:54

2024年9月7日，Plant Communications在线发表了浙江大学宋凤鸣教授课题组撰写的题为 “Rice E3 ubiquitin ligases: From key modulators of host immunity to potential breeding application” 的综述文章。该综述系统总结了E3连接酶在水稻免疫反应中的功能、作用机制及前沿进展，同时聚焦病菌

2024年9月7日，Plant Communications在线发表了浙江大学宋凤鸣教授课题组撰写的题为 “Rice E3 ubiquitin ligases: From key modulators of host immunity to potential breeding application” 的综述文章。该综述系统总结了E3连接酶在水稻免疫反应中的功能、作用机制及前沿进展，同时聚焦病菌靶向水稻E3连接酶从而实现侵染危害的机制，并讨论了E3连接酶在水稻抗病性改良中的应用前景。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.101128

水稻是全球最为重要的粮食作物，在其生长发育过程中经常会遭受各种病原物侵害，严重威胁水稻产量和品质。蛋白质泛素化修饰及泛素-蛋白酶体蛋白降解系统在植物免疫反应中发挥重要功能，其中E3连接酶是蛋白质泛素化途径的关键调控因子。研究表明，E3连接酶在水稻免疫反应中发挥复重要的调控功能，通过直接操纵免疫受体功能、ROS产生与迸发、MAPK级联激活、转录重编程和激素信号传导等多种免疫事件，形成紧密关联、精细调控的分子网络（图1）。

图1. E3连接酶调控水稻免疫反应的分子网络

在与水稻的“军备竞赛”中，病菌进化形成效应子等多种“武器”，直接靶向水稻E3连接酶，影响其蛋白稳定性或活性，从而抑制并突破水稻免疫防线。同时，部分病菌效应子作为具有功能活性的E3连接酶，直接泛素化修饰水稻体内免疫相关蛋白并导致其蛋白降解，破坏水稻免疫进程。因而，E3连接酶在水稻与病菌的相互作用过程中扮演重要角色（图2）。

图2. E3泛素连接酶在水稻-病菌互作中的作用与机制

通过抗病育种提高作物抗病是实施病害绿色防控的重要策略。近年来，E3连接酶参与水稻免疫反应及其分子机制的研究取得显著进展，不仅在理论上丰富了对水稻-病原物互作机制的认识，同时在应用上挖掘具有广谱抗性的E3连接酶基因，为利用基因编辑等手段创制培育水稻抗性新品种提供理论依据（图3）。

图3. E3连接酶在培育水稻抗性新品种中的应用

虽然E3连接酶调控水稻免疫反应的功能与机制研究取得显著成果，但仍有一些重要问题有待解决，包括E3连接酶调控多种免疫信号通路间的关联、E3连接酶介导的泛素化修饰途径与其他蛋白翻译后修饰途径间的协同调控、病菌效应子识别并操纵E3连接酶的分子机制等科学问题。

浙江大学农业与生物技术学院宋凤鸣教授为论文通讯作者，已毕业博士生颜钰卿博士（现为山东师范大学生命科学学院讲师）为论文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金的资助。

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