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谢旗研究组在ERAD调控植物耐旱方面取得新进展

  内质网相关的蛋白质降解(ERAD)在植物的生长发育和适应胁迫过程中扮演重要角色,主要负责清除细胞内积累的错误折叠蛋白,同时也调控正常折叠的蛋白。中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究组一直致力植物泛素化在植物与环境互作中的调控机制研究,并且在ERAD调控植物逆境的研究中取得了一系列研究成果(Liu et al., 2011 Cui et al., 2012; Chen et al., 2016a, 2016b; Chen et al., 2020; Liu et al., 2021)。然而,ERAD如何参与胁迫响应的具体机制仍不清楚。 

 

  谢旗实验室前期的研究工作发现,UBC32是定位于内质网的泛素合酶,是ERAD复合体的重要组分。UBC32在转录水平受多种胁迫诱导,其蛋白参与降解错误折叠蛋白,同时其蛋白水平受到ERAD的调控。基于UBC32的高表达和敲除影响了植物的干旱相应这一生物学现象进一步开展了研究。采用IP/MS方法寻找到与UBC32互作的水通道蛋白PIP2;1/PIP2;2UBC32直接结合PIP2;1/PIP2;2并促进其降解。进一步研究发现RING类型的E3连接酶Rma1H1UBC32一起形成特定的E2-E3复合物通过负调控PIP2;1蛋白稳定性增强植物的抗旱性。PIP2;1的第276KPIP2;2K274)被泛素化修饰后降解速度加快。并且,Rma1更易结合CS280S283位磷酸化修饰的PIP2;1/PIP2;2S280/283D形式的PIP2;1蛋白稳定性也更低。该研究揭示了蛋白质泛素化和磷酸化修饰在ERAD E2-E3复合物精细调控底物稳定性在植物干旱响应中的新机制。在水稻中高表达UBC32可显著提高水稻的耐旱性,为培育节水作物提供了良好材料。 

 

  上述研究结果于2021520日在线发表在The Plant Cell杂志(DOI:10.1093/plcell/koab141)。文章题目为ERAD-related E2 and E3 enzymes modulate the drought response by regulating the stability of PIP2 aquaporins。谢旗研究组已出站博士后陈倩(现任中国农业大学副教授)为该论文第一作者,谢旗研究员为通讯作者。本项工作得到了国家重点研发计划和自然科学基金委项目资助。 

 

图:UBC32-Rma1复合体通过负调控PIP2;1/PIP2;2参与植物抗旱