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何祖华研究组在作物免疫和抗病性研究中取得重要进展

      12月15日,国际著名学术期刊《Cell Host & Microbe》发表了我所何祖华研究组题为“An E3 Ubiquitin ligase-BAG Protein Module Controls Plant Innate Immunity and Broad-Spectrum Disease Resistance”(一个E3连接酶-BAG蛋白分子模块调控植物免疫和广谱抗病性)的研究论文。该研究成功克隆了广谱抗病调控基因EBR1(Enhanced Blight and Blast Resistance 1), 并揭示了水稻E3-BAG蛋白模块调控免疫动态平衡与广谱抗病的分子机理。

      植物生理与病理过程有很多细胞死亡,尤其是植物免疫失控会产生自身免疫反应,但相关的调控机理很不清楚。此外,稻瘟病和白叶枯病是水稻的两大主要病害,是水稻产量损失的最直接因素。因此,水稻抗病性的研究对于保障全球粮食安全具有重大意义。何祖华研究组长期从事植物抗病及其与生长发育途径互作的研究。他们最初在水稻资源库中筛选到一个对稻瘟病和白叶枯高抗的材料,,将该材料命名为ebr1 (enhanced blight and blast resistance 1) 。通过图位克隆的方法成功分离克隆了广谱抗病调控基因EBR1。实验表明,EBR1 基因编码一个具有RING结构域的E3泛素连接酶。为了阐明EBR1蛋白调控细胞死亡和防卫反应的分子机制,研究团队通过广泛的酵母筛库成功找到了EBR1的下游互作蛋白OsBAG4。BAG (Bcl-2-associated athanogene)蛋白在哺乳动物中参与很多细胞凋亡、免疫疾病、肿瘤等过程。他们生化实验证明了OsBAG4是EBR1的底物,EBR1能够泛素化修饰OsBAG4,促使OsBAG4通过26S蛋白酶体途径降解。 ebr1突变体植株中OsBAG4 蛋白累积, OsBAG4过表达也产生类似ebr1材料的自身免疫表型,而在ebr1背景中将OsBAG4 表达降低可以抑制其自身免疫表型。进一步研究发现,ebr1OsBAG4过表达的材料中防卫激素水杨酸和茉莉酸的含量都显著提高。研究证明EBR1-BAG4模块主要调控了植物的PTI免疫途径,激发广谱抗病,并影响生长发育途径。

      研究团队认为OsBAG4在植物免疫反应中扮演重要角色,而EBR1-BAG4模块调控了基础免疫反应与植物生长发育(产量性状)的精细平衡。OsBAG4激活抗病反应,而EBR1蛋白则会阻止OsBAG4蛋白累积,从而将OsBAG4蛋白控制在合理水平,避免植物产生自身免疫,使植物维持正常的生长发育。

      该研究得到国家基金委、中科院先导专项、转基因重大专项等项目的资助。

      文章链接:http://www.cell.com/cell-host-microbe/abstract/S1931-3128(16)30449-8

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