具有廣譜抗性（Broad-Spectrum Resistance, BSR）的作物因能抵抗多種病原菌株或病原物種，在綠色植保中具有重要應(yīng)用價(jià)值。在植物—微生物互作中，活性氧（ROS）作為關(guān)鍵信號(hào)分子參與免疫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，而NADPH氧化酶家族成員Rboh是ROS產(chǎn)生的核心酶類(lèi)。由于ROS穩(wěn)態(tài)平衡對(duì)植物免疫與生長(zhǎng)調(diào)控至關(guān)重要，如何通過(guò)調(diào)控Rboh蛋白積累以增強(qiáng)廣譜抗性，一直是未解決的科學(xué)問(wèn)題。

近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所作物病原生物功能基因組研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在植物學(xué)頂級(jí)期刊The Plant Cell上發(fā)表題為Phosphorylation and ubiquitination synergistically promote the degradation of OsRbohB to modulate rice immunity的研究論文，系統(tǒng)闡明了磷酸化與泛素化兩種翻譯后修飾通過(guò)協(xié)同互作精準(zhǔn)調(diào)控OsRbohB蛋白穩(wěn)定性，進(jìn)而調(diào)控水稻廣譜抗病性的分子機(jī)制，為作物抗病育種提供了新策略。

該研究首次證實(shí)過(guò)表達(dá)OsRbohB可顯著增強(qiáng)水稻對(duì)稻瘟病菌和白葉枯病菌的抗性，凸顯其廣譜抗病潛能。機(jī)制研究表明，鈣依賴(lài)性蛋白激酶OsCPK4直接靶向OsRbohB的N端，通過(guò)磷酸化其第322和326位絲氨酸殘基（Ser322/Ser326）調(diào)控蛋白穩(wěn)定性；有趣的是，模擬磷酸化修飾反而削弱免疫反應(yīng)，暗示磷酸化可能作為負(fù)調(diào)控信號(hào)。進(jìn)一步通過(guò)酵母文庫(kù)篩選，鑒定出RING型E3泛素連接酶OsRING142，該酶特異性介導(dǎo)OsRbohB第266位賴(lài)氨酸（Lys266）的泛素化修飾，促進(jìn)其通過(guò)26S蛋白酶體途徑降解。關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)在于，OsCPK4介導(dǎo)的磷酸化會(huì)增強(qiáng)OsRING142的泛素化效率，形成“磷酸化—泛素化—降解”的協(xié)同調(diào)控鏈條。當(dāng)兩者修飾位點(diǎn)同時(shí)突變時(shí)，水稻表現(xiàn)出更強(qiáng)抗病性，證實(shí)該協(xié)同機(jī)制是免疫平衡的核心樞紐。

綜上，該研究不僅首次發(fā)現(xiàn)OsRbohB作為廣譜抗病的關(guān)鍵蛋白，還創(chuàng)新性提出其N(xiāo)端磷酸化與泛素化共同構(gòu)成免疫響應(yīng)的“精準(zhǔn)制動(dòng)器”，通過(guò)適時(shí)衰減ROS爆發(fā)以平衡植物生長(zhǎng)與免疫防御。該成果為作物抗病遺傳改良提供了新靶點(diǎn)與材料，并為解析植物免疫穩(wěn)態(tài)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了新視角。

OsCPK4磷酸化和OsRING142泛素化協(xié)同調(diào)控OsRbohB

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所博士后陶輝為該論文的第一作者，寧約瑟研究員為論文通訊作者。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)郭海龍教授、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)謝卡斌教授、上海交通大學(xué)范江波副教授等參與了研究工作。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。

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https://doi.org/10.1093/plcell/koaf276