研究背景

水稻在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)遭受多種生物脅迫，其中稻瘟病、細(xì)菌性葉枯病和紋枯病是破壞性較大的三大病害，會(huì)造成全球范圍內(nèi)的糧食減產(chǎn)。植物激素如茉莉酸（JA）等可介導(dǎo)復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)以激活水稻的免疫反應(yīng)。MYC轉(zhuǎn)錄因子是JA信號(hào)的主要調(diào)節(jié)因子，而泛素化作為重要的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，在植物免疫中發(fā)揮關(guān)鍵作用。此前研究發(fā)現(xiàn)水稻RING型E3泛素連接酶OsBBI1可正向調(diào)控水稻對(duì)稻瘟病的抗性，但其作用機(jī)制尚不明確。

文獻(xiàn)解讀

2025年6月，浙江大學(xué)生物技術(shù)研究所宋鳳鳴團(tuán)隊(duì)在《International Journal of Biological Macromolecules》發(fā)表了題為“Rice E3 ubiquitin ligase BLAST AND BTH-INDUCED 1 targets jasmonic acid signaling co-repressors to release Myelocytomatosis protein 2 for modulating immune responses against blast fungus”的研究論文。本研究借助DAP-seq技術(shù)，深入探索了OsBBI1調(diào)控水稻免疫的分子網(wǎng)絡(luò)，揭示了其通過(guò)降解JA信號(hào)抑制因子、釋放關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的完整抗病通路。

技術(shù)路線

研究結(jié)果

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)酵母雙雜交（Y2H）、雙熒光素酶互補(bǔ)（BiFC）、免疫共沉淀（Co-IP）、GST pull-down、熒光素酶互補(bǔ)（LCI）等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)OsBBI1能直接結(jié)合JA信號(hào)通路中的抑制蛋白OsJAZ6、OsJAZ7、OsJAZ8及OsNINJA1。體外泛素化實(shí)驗(yàn)、幾丁質(zhì)誘導(dǎo)的ROS爆發(fā)實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞降解實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，OsBBI1通過(guò)其RING結(jié)構(gòu)域催化這些蛋白的泛素化修飾，并促使它們通過(guò)泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）降解。證實(shí)OsBBI1通過(guò)降解JA信號(hào)的抑制蛋白（OsJAZs和OsNINJA1），解除其對(duì)免疫反應(yīng)的抑制。當(dāng)?shù)疚敛【肭謺r(shí)，OsBBI1能快速清除這些抑制因子，激活免疫反應(yīng)。

圖1. OsBBI1與OsJAZ6、OsJAZ7和OsJAZ8相互作用并使其泛素化。

圖2. OsBBI1介導(dǎo)OsJAZ6和OsJAZ7的降解。

圖3. OsJAZ6、OsJAZ7和OsJAZ8負(fù)調(diào)控水稻稻瘟病抗性及幾丁質(zhì)觸發(fā)的免疫反應(yīng)。

圖4. OsBBI1和OsJAZ6與OsNINJA1相互作用，且OsBBI1抑制OsJAZ6和OsNINJA1的負(fù)向免疫功能。

通過(guò)BiFC、GST pull down和亞細(xì)胞定位分析，證實(shí)OsJAZ6與OsMYC2、OsMYC3相互作用，且OsMYC2與OsMYC3可形成同型/異型二聚體，主要分布于細(xì)胞核中。利用CRISPR/Cas9 技術(shù)構(gòu)建OsMYC2過(guò)表達(dá)株系和Osmyc3敲除突變體，結(jié)合稻瘟病菌接種實(shí)驗(yàn)、RT-qPCR和DAB染色，發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)植株的病斑更少、更小，真菌生長(zhǎng)也更少，相應(yīng)的OsPBZ1和OsJAmyb的表達(dá)顯著上調(diào)，H?O?積累增強(qiáng)；而突變體株系則相反。這些結(jié)果表明，OsMYC2和OsMYC3通過(guò)促進(jìn)病原體誘導(dǎo)的防御基因表達(dá)和活性氧（ROS）積累，正向調(diào)控水稻對(duì)稻瘟病菌的免疫反應(yīng)。

圖5. OsBBI1、OsJAZ6和OsNINJA1與OsTPL、OsTPR2、OsMYC2及OsMYC3存在相互作用。

圖6. OsMYC2和OsMYC3對(duì)水稻稻瘟病抗性起正向調(diào)控作用。

為了進(jìn)一步研究OsMYC2的調(diào)控機(jī)制，本研究利用DAP-seq技術(shù)分析了OsMYC2在全基因組的結(jié)合位點(diǎn)。在兩個(gè)獨(dú)立的生物學(xué)重復(fù)中分別獲得了5776個(gè)和3281個(gè)假定結(jié)合峰，其中2038個(gè)為重疊結(jié)合峰。通過(guò)生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，30.3%的結(jié)合峰富集于基因啟動(dòng)子區(qū)域，表明OsMYC2主要通過(guò)調(diào)控啟動(dòng)子區(qū)域基因表達(dá)發(fā)揮功能。結(jié)合峰在水稻各染色體上呈非偏倚性分布，涉及1084個(gè)基因的啟動(dòng)子，KEGG富集分析顯示，其顯著富集于次生代謝物生物合成、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、MAPK信號(hào)通路。結(jié)合ChIP-PCR、EMSA和熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)，證實(shí)OsMYC2可通過(guò)結(jié)合OsGST、OsOXO3、OsOXO4、OsZIP9等防御基因啟動(dòng)子中的G-box元件，直接調(diào)控其轉(zhuǎn)錄表達(dá)。結(jié)果表明OsMYC2是連接OsBBI1與下游免疫反應(yīng)的核心樞紐。當(dāng)OsJAZs被降解后，OsMYC2進(jìn)入細(xì)胞核，與OsMYC3聯(lián)手啟動(dòng)抗氧化酶、金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等基因的表達(dá)，增強(qiáng)水稻對(duì)病菌的抵抗能力。

圖7. OsMYC2通過(guò)結(jié)合啟動(dòng)子中的G-box元件調(diào)控OsGST、OsOXO3、OsOXO4和OsZIP9的表達(dá)。

 該研究突破了傳統(tǒng)對(duì)JA信號(hào)調(diào)控的認(rèn)知，構(gòu)建了“OsBBI1→降解JA抑制因子→釋放OsMYC2→激活防御基因”的完整調(diào)控鏈，證實(shí)E3泛素連接酶可通過(guò)“降解抑制因子”的方式快速激活免疫，為作物抗病機(jī)制研究提供了新思路。

圖 8. OsMYC2激活OsOXO4和OsZIP9的轉(zhuǎn)錄，并提出OsBBI1-OsJAZ6-OsMYC2模塊在水稻免疫中功能的工作模型。