李學(xué)軍教授團(tuán)隊(duì)揭示小麥E3泛素連接酶TaSDIR1-4A調(diào)節(jié)抗旱的新機(jī)制

　　近日，農(nóng)學(xué)院李學(xué)軍教授團(tuán)隊(duì)在國際植物學(xué)領(lǐng)域知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上發(fā)表了題為“E3 ubiquitin ligase TaSDIR1-4A activates membrane-bound transcription factor TaWRKY29 to positively regulate drought resistance”的研究論文，揭示了小麥E3泛素連接酶TaSDIR1-4A介導(dǎo)膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子TaWRKY29的泛素化降解，進(jìn)而增強(qiáng)小麥抗旱性的分子機(jī)制，為小麥抗旱分子育種提供了重要的理論依據(jù)。

 

　　小麥?zhǔn)鞘澜缰饕Z食作物之一，其產(chǎn)量與全球糧食安全密切相關(guān)。干旱是制約小麥產(chǎn)量的主要非生物因素，開展小麥抗旱機(jī)理研究對抗旱品種選育及保障全球糧食安全具有重要意義。泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（ubiquitin–proteasome system）介導(dǎo)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾是植物應(yīng)對逆境脅迫的有效策略。其中，E3泛素連接酶賦予了靶標(biāo)底物蛋白特異性，在泛素化過程中起著關(guān)鍵作用。

 

　　研究表明TaSDIR1-4A編碼RING-H2型蛋白，具有E3連接酶功能，為深入解析TaSDIR1-4A調(diào)控小麥抗旱性的分子機(jī)制，本研究通過酵母雙雜交篩選得到了1個(gè)WRKY家族膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子TaWRKY29。亞細(xì)胞定位結(jié)果表明，TaWRKY29的C端結(jié)構(gòu)域的缺失導(dǎo)致其由原本的細(xì)胞膜定位信號轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞核定位。隨后研究發(fā)現(xiàn)，TaSDIR1-4A能夠通過26S蛋白酶體途徑特異性介導(dǎo)TaWRKY29的泛素化降解，切割TaWRKY29的C端氨基酸，從而使其轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核。

 

　　進(jìn)一步研究證實(shí)，激活的TaWRKY29通過靶標(biāo)W-BOX 核心順式元件直接與TaABI5的啟動(dòng)子片段結(jié)合并調(diào)控其表達(dá)，從而增強(qiáng)ABA響應(yīng)。在干旱脅迫下，TaSDIR1-4A過表達(dá)植株增加了氣孔對干旱脅迫的敏感性、內(nèi)源ABA含量和ABA信號相關(guān)基因表達(dá)。

 

　　上述結(jié)果表明，TaSDIR1-4A介導(dǎo)膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子TaWRKY29的降解，導(dǎo)致其由細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，進(jìn)而調(diào)節(jié)ABA信號通路來提高小麥抗旱性。以上研究為小麥通過泛素-蛋白酶體途徑調(diào)控抗旱分子機(jī)制提供了新思路，同時(shí)為培育抗旱小麥新品種提供了新的優(yōu)良基因資源。

 

　　農(nóng)學(xué)院李學(xué)軍教授為論文通訊作者，碩士研究生孟瑩和已畢業(yè)博士生呂千為論文共同第一作者。該研究得到國家農(nóng)業(yè)科技重大專項(xiàng)、國家外國專家局111項(xiàng)目及陜西省農(nóng)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新與推廣聯(lián)盟重大項(xiàng)目的支持。

 

　　文章鏈接：http://doi.org/10.1111/pbi.14240