泛素连接酶PUB13偶联调控植物细胞死亡、抗病与开花的分子机制研究

The Ubiquitination pathway is implicated in signal transduction of various processes in plants, however, it is seldom reported that the convergence points of signal transduction regulated by ubiquitination pathway. Our previous study showed that the E3 Ubiquitin ligase PUB13 is a convergence point of signal transduction of plant cell death, disease resistance and flowering, and BON1 proterin is involved in PUB13 regulated cell death.To understand the mechanism of PUB13 synthetically regulating transduction of these 3 signals, we plan to proceed following research: the function of PUB13's E3 ubiquitin ligases activity in PUB13 regulated physiological processes through analyzing phenotypes of transgenic plants of compromised ligases activity mutant PUB13(V273R); the function of PUB13's interactors BON1 (a regulator of cell death and disease resistance) and HFR1 (a regulator of photomorphogenesis) in PUB13 regulated proceeds; the cell death and disease resistance regulator BAK1, an interactor of both PUB13 and BON1, phosphorylates PUB13 and BON1 in vivo whether depending on BON1 and PUB13, respectively; analyze PUB13 regulateing physiological processes whether through ubiquitinating BON1 and HFR1. This project is provided with scientific significance for further study on working pattern of which ubiquitination pathway synthetically regulates plant cell death, innate immunity and development signal network.

泛素化途径调控植物多种生理活动的信号传导，但鲜有报道该途径调控下的信号传导交汇点。我们研究发现，拟南芥E3泛素连接酶PUB13是细胞死亡、抗病和开花信号的交汇点，并初步证明BON1蛋白参与PUB13调控的细胞死亡信号传导。为探讨PUB13综合调控上述3种信号的机制，我们拟从以下几方面进行研究：通过酶活突变体PUB13-V273R的转基因植株分析PUB13酶活在其调控的生理功能中的作用;PUB13的互作蛋白BON1（细胞死亡与抗病调控因子）与HFR1（光形态建成调控因子）在PUB13调控的生理功能中的作用； PUB13和BON1都互作的激酶BAK1（细胞死亡与抗病调控因子）体内磷酸化PUB13与BON1是否分别依赖BON1和PUB13;分析PUB13是否通过泛素化BON1和HFR1调控其生理活动。本项目对深入研究泛素化途径综合调控植物细胞死亡、先天免疫和发育信号的作用具有重要科学意义。

泛素化途径调控植物多种生理活动的信号传导，但鲜有报道该途径调控下的信号传导交汇点。本项目前期研究发现，拟南芥E3泛素连接酶PUB13是细胞死亡、抗病和开花信号的交汇点，并初步证明copine蛋白BON1参与PUB13调控的细胞死亡信号传导。为探讨PUB13综合调控这上述3种信号的机制，本项目研究了PUB13酶活在其调控的生理功能中的作用;分析了PUB13的互作蛋白BON1与HFR1（光形态建成调控因子）在PUB13调控的生理功能中的作用；PUB13对BON1和与HFR1的泛素化分析。.通过研究发现：PUB13的酶失活突变体PUB13V273R转基因植株与pub13突变体表型基本一致，具有植株变小、早花、类病斑（细胞死亡）和抗病表型；在拟南芥体内同时将PUB13和BON1敲除后，植株的细胞死亡加剧甚至致死，植株的抗病性也明显提高，新发现BON1具有PTI负调控作用，pub13bon1双突变体的PTI抗性水平显著提高；将pub13突变体内的HFR1也敲除后，发现植株变小，但pub13的细胞死亡表型恢复到野生型水平，且PUB13和HFR1互相负调控对方的转录水平，pub13hfr1双突变体早花表型更加明显，而抗病性却恢复到野生型状态；初步泛素化分析发现PUB13能泛素化BON1蛋白。.上述结果说明：PUB13的酶活在PUB13调控的生理功能中起关键作用；PUB13的两个互作蛋白BON1与HFR1协同调控植物的株型大小， BON1在PUB13调控的细胞死亡和抗病反应中起负调控作用，而HFR1在PUB13调控的细胞死亡和抗病反应中起正调控作用，但HFR1在PUB13调控的开花表型中起负调控作用。BON1能被PUB13泛素化，说明PUB13可能通过泛素化下游的BON1靶标发挥其生理功能。而转录因子HFR1负调控PUB13的转录水平，说明HFR1可能通过抑制PUB13的转录水平调控植物的发育、细胞死亡和抗病表型。本项目的研究结果为深入研究泛素化途径综合调控植物细胞死亡、先天免疫和发育信号的作用机制提供了重要依据，也助于进一步阐明泛素化系统在植物体内的功能。