Sci Adv︱谢旗研究组揭示去泛素化酶和E3泛素连接酶调控植物激素ABA信号感知新机制
撰文︱刘广超
责编︱王思珍
植物逆境激素脱落酸（ABA）不仅影响种子萌发、植物生长发育和衰老，而且对植物在干旱和盐碱等各种逆境条件下生存起着非常关键的作用。已知逆境能够迅速诱导植物体内ABA的积累，当ABA受体PYR/PYL/RCAR感知到ABA分子后会与其共受体PP2C互作并抑制PP2C磷酸酶活性，从而解除PP2C对于ABA信号途径中关键正调控因子SnRK2激酶的抑制作用。SnRK2便可以磷酸化并激活一系列ABA信号途径的响应因子，帮助植物抵抗逆境[1]。因此，ABA信号接受的研究对提高植物的耐逆性等具有切实的意义。
中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究组前期研究发现内膜分选复合体I中的关键组分VPS23A发挥着识别和分选泛素化修饰的ABA受体并促进其进入液泡中降解的重要作用[2]。进一步发现VPS23A受到E3泛素连接酶XBAT35.2的泛素化修饰，并进入26S蛋白酶体降解，从而释放VPS23A对ABA受体的抑制作用，最终促进ABA信号响应[3]。ABA受体、VPS23A和XBAT35.2三者之间的关系是经典的“螳螂捕蝉，黄雀在后”。然而是否有其它因子参与调控该过程尚不清楚。
2022年4月8日，中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究组在Science Advances杂志在线发表了题为“The deubiquitinases UBP12 and UBP13 integrate with the E3 ubiquitin ligase XBAT35.2 to modulate VPS23A stability in ABA signaling”的研究论文，揭秘了去泛素化酶在ABA信号接受调控中的全新机制。刘广超为论文第一作者，谢旗研究员和于菲菲副研究员为共同通讯作者。
谢旗课题组通过蛋白互作技术鉴定到了VPS23A的互作蛋白去泛素化酶UBP12和UBP13。UBP12和UBP13突变体表型分析发现它们参与ABA信号介导的气孔运动，并能抑制整株植物的失水速率及蒸腾作用，增强ABA介导的植物耐旱性。进一步遗传学分析证实UBP12和UBP13通过VPS23A参与调控ABA信号途径及植物对干旱胁迫的响应。因此，E3泛素连接酶XBAT35.2和去泛素化酶UBP12和UBP13发挥着油门和刹车的作用，精细调控VPS23A泛素化水平，影响ABA受体蛋白水平来响应外界环境变化。
更复杂的是，进一步发现VPS23A的E3泛素连接酶XBAT35.2也是UBP12和UBP13的去泛素化底物。UBP12和UBP13在ABA处理条件下可以去泛素化并稳定XBAT35.2。通过精细的蛋白互作竞争实验证实了XBAT35.2与VPS23A竞争结合UBP12和UBP13，以此削弱UBP12和UBP13对VPS23A的保护。最终研究人员得出结论，ABA处理时，去泛素化酶UBP12和UBP13发挥变阻器的功能，介导E3泛素连接酶XBAT35.2的去泛素化，促进XBAT35.2蛋白积累，形成VPS23A的正反馈调节回路（feed-forward loop），稳定ABA受体蛋白，及时有效激活ABA信号转导，帮助植物增强耐旱性（图1）。
图1 UBP12和UBP13的工作模型图
（图源：谢旗实验室）
在真核生物中，泛素化与去泛素化在调控底物蛋白稳定性中均发挥着重要作用。近年来，对E3泛素连接酶、去泛素化酶及底物蛋白之间调控模式的研究是动物泛素化研究领域的热点[4]，然而植物中还未有相关报道。此项工作首次揭示了植物中也存在E3泛素连接酶和去泛素化酶之间的相互作用关系，证明了这种机制在动植物中的保守性。说明E3泛素连接酶与去泛素化酶之间的互作在生物体内可能是广泛存在的，这种互作调控关系在响应外界干旱环境从而动态调节相关底物蛋白的功能过程中发挥着至关重要的作用。然而，对于去泛素化酶的研究还有很多问题亟待解决，比如去泛素化酶如何特异识别相应的底物这一问题还需进一步研究。
原文链接：https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.abl5765
中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究组已毕业博士生刘广超为该论文第一作者，中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员和于菲菲副研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到科技部重点研发计划和国家自然科学基金委项目的资助。
第一作者刘广超（后排右二）；通讯作者于菲菲（前排右四）、谢旗（前排右一）。
（照片提供自：谢旗实验室）
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参考文献（上下滑动查看）
1， J. K. Zhu, Abiotic stress signaling and responses in plants. Cell 167, 313-324 (2016).
2， F. Yu et al., ESCRT-I component VPS23A affects ABA signaling by recognizing ABA receptors for endosomal degradation. Mol. Plant 9, 1570-1582 (2016).
3， F. Yu et al., ESCRT-I component VPS23A is targeted by E3 ubiquitin ligase XBAT35 for proteasome-mediated degradation in modulating ABA signaling. Mol. Plant 13, 1556-1569 (2020).
4， C. P. Nielsen, J. A. MacGurn, Coupling conjugation and deconjugation activities to achieve cellular ubiquitin dynamics. Trends Biochem. Sci. 45, 427-439 (2020).
制版︱王思珍
本文完