科研人員創制首個植物E3泛素連接酶文庫

近日，中國農業科學院植物保護研究所作物病原生物功能基因組研究創新團隊創制了植物中首個E3泛素連接酶（UbE3）文庫用于泛素化互作組鑒定，并利用該文庫鑒定了苯丙氨酶家族蛋白PALs的核心E3泛素連接酶OsFBK16，揭示OsFBK16通過降解OsPALs負調控稻瘟病抗性的分子機制。相關研究論文發表于《基因組生物學》（Genome Biology）。

泛素化修飾是真核生物體內最重要的蛋白翻譯后修飾之一，在蛋白降解、細胞周期調節、轉錄調控和信號轉導等多個細胞學過程發揮著關鍵作用。鑒定E3泛素連接酶及其泛素化底物是泛素化修飾研究的重點和難點。過去十年的研究，利用特異識別泛素化位點的單克隆抗體等方法在動植物中鑒定到了大量泛素化蛋白，但由于缺乏系統的E3泛素連接酶鑒定體系，絕大多數泛素化蛋白相對應的E3泛素連接酶都不清楚。

為了創制高效的E3泛素連接酶鑒定體系，該研究對水稻中的1515個E3泛素連接酶基因（占水稻基因總數的4.73%）進行了系統分析。通過PCR擴增和大規模基因合成獲得了1499個E3泛素連接酶的全長編碼序列（覆蓋泛素連接酶的98.94%），并以此創制了均一化的水稻E3泛素連接酶酵母文庫（UbE3文庫）。

為了驗證UbE3文庫的有效性，該研究首先對已報道的分別參與水稻干旱、高鹽和抗病等生物學過程的關鍵泛素化蛋白進行了篩選，結果表明利用UbE3文庫可以高效的鑒定到已報道的和新的E3泛素連接酶。進一步，對水稻中通過K-?-GG 單克隆抗體鑒定到的2362個泛素化蛋白（占水稻總蛋白的7.38%）中的OsPALs家族成員進行了篩選。發現 F-box類型E3泛素連接酶OsFBK16是OsPAL1-OsPAL7的核心E3泛素連接酶。研究證明OsFBK16特異性促進OsPAL1、OsPAL5和OsPAL6蛋白的降解，在水稻中超量表達 OsPAL1、OsPAL6 或敲除 OsFBK16 顯著增強了對稻瘟病的抗性，證明OsPALs是E3泛素連接酶OsFBK16的底物。

該研究構建的UbE3文庫是植物中第一個完整的E3泛素連接酶文庫，提供了強大的蛋白組學資源，為構建“E3泛素連接酶—泛素化蛋白”互作組奠定了重要基礎。由于泛素化修飾在真核生物中的重要性和保守性，該文庫對其他物種也具有重要的參考和應用價值。