PNAS | 茉莉酸信号途径调控新机制，E3泛素连接酶调节MYC蛋白稳定性

BioArt植物 · 公众号 · · 2020-03-08 18:50

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茉莉酸（Jasmonates, JAs）是一类含氧脂质衍生物（oxylipins），被认为是植物生长和环境适应所必需的植物激素。JAs对生物和非生物胁迫具有关键调节作用，参与协调根系生长等多个发育过程，并参与调节植物生长-抗病间平衡【1,2】。植物在胁迫或内源刺激下可产生有活性的JA-Ile，并由F-box蛋白COI1和JAZ蛋白形成的受体复合体感知【3,4】。JAZ是一类核抑制因子，在JA作用下，COI1与JAZs相互作用导致JAZ泛素化，并被泛素-蛋白酶体系统（UPS）降解【3,4】。JAZ蛋白的降解可释放与其相互作用的转录因子，激活下游基因表达。

MYC蛋白是JAZ的靶蛋白之一，是调控JA下游相应基因的关键转录因子。MYC蛋白持续激活JA响应会抑制植物生长并对细胞产生伤害，因此存在MYC转录活性的抑制因子，如JAV1等【5】。MYCs还参与调控其他过程，如对ABA、乙烯或蓝光的反应。因此，MYCs目前被认为是多种信号途径的节点，其活性需要严格调控以优化植物适应性。已报道MYC转录活性需要磷酸化，并会导致MYC蛋白水解。除磷酸化外，MYC蛋白的稳定性还受JA、光质和昼夜节律的调控，这表明蛋白质水平的调节是MYC蛋白活性的主要调控机制。目前已知参与MYC蛋白稳定性的调节因子有E3泛素连接酶PUB10、COP1等【6】，但更多MYC蛋白调节因子尚待验证。

近日，西班牙国家生物技术中心 Roberto Solano 研究组在 PNAS 在线发表了一篇题为 CUL3 ^BPM E3 ubiquitin ligases regulate MYC2, MYC3 and MYC4 stability and JA responses 的研究论文。该研究揭示了JA信号途径新的调控机制，即 CUL3 ^BPM E3泛素连接酶调节MYC2和MYC3及MYC4蛋白稳定性，从而调控JA信号途径。

BPM （BTB/POZ-MATH）蛋白是动植物中基于Cullin3的E3泛素连接酶的适配蛋白，在拟南芥中形成一个由六个成员组成的小家族，参与了植物生长、育性、气孔运动、脂肪酸代谢和ABA信号传导等生理过程的调控，但其作用靶标很少被报道。该研究首先通过酵母、pull down及co-IP实验证实了MYC2、MYC3和MYC4与BPM蛋白体内及体外的相互作用，发现MYCs蛋白可能是 CUL3 ^BPM E3连接酶的靶蛋白。通过构建BMP敲减植株 amiR-bpm ，并引入 35S:MYC-GFP 转基因株系，与野生型背景的MYC蛋白的降解速率进行对比，发现 amiR-bpm 背景下 CUL3 ^BPM 功能的下降可以减弱MYC3的泛素化水平，增强MYC蛋白的积累，并使植物根生长对JA的反应增强。三突变体 bpm235 也表现出类似的JA表型， JA响应基因表达也相应上调。 有意思的是，JA可以增强BPM3蛋白稳定性，这表明JA信号途径中存在一种负反馈调节机制可以调节MYC水平和活性。