泛素E3连接酶BOIs与JAZs蛋白相互作用调控JA信号转导的分子机理

JAZ proteins interact with the COI1 receptor and transcription factors to negatively regulate jasmonate (JA) responses. In addition to the COI1 protein, however, whether there are other important regulators modify JAZs at post-translocational level remains largely unknown. Recently, we found that several BOIs proteins of the RING family E3 ligases also physically interact with JAZs. BOIs genes are induced by JA and may be positively involved in JA responses. Moreover, BOIs promotes the degradation of JAZ1. Those results suggested that BOIs may interact with JAZs to positively regulate JA signaling. In this project, we will undertake molecular and genetic approaches to further clarify the roles of BOIs and the genetic interactions between BOIs and JAZs, COI1 or MYC2 in JA signaling. Moreover, we will investigate whether BOIs mediate the ubiquitination of JAZs, thus illustrating the possible molecular mechanisms underlying how BOIs promote the degradation of JAZs. Our study may contribute to explore the molecular mechanisms of JAZs-mediated JA signaling.

JAZs是茉莉酸（JA）信号通路中连接受体与转录因子的关键调控因子。然而，除COI1蛋白以外，是否还有其他调节蛋白在翻译后水平修饰JAZs目前尚不清晰。我们近期发现拟南芥RING家族泛素E3连接酶BOIs能与JAZs互作。BOIs受JA诱导，且可能正调控JA反应；此外，BOIs促进JAZ1蛋白的降解。上述结果暗示BOIs可能通过与JAZs相互作用参与调控拟南芥JA反应。为了深入研究BOIs-JAZs复合物调控JA信号转导的分子机理，本项目将采用分子生物学、遗传学及生物化学的方法手段系统研究BOIs调控JA反应的功能，证实它们与JAZ、COI1及MYC2之间的遗传关系，阐明它们能否泛素化JAZs，揭示它们调控JAZs稳定性的机理。本项目有可能发现BOIs作为除SCFCOI1复合体之外的其他E3连接酶泛素化JAZs，这对于阐明JAZs的翻译后修饰以及全面揭示JA信号网络均具有重要的意义。

JAZ（JASMONATE-ZIM-DOMAIN PROTEIN）蛋白是茉莉酸（JA）信号途径的关键抑制子。当植物体内JA含量较高时，JAZs与JA受体COI1蛋白结合，从而被SCFCOI1 E3复合体泛素化，并通过26S蛋白酶体降解。然而作为连接受体与转录因子的关键纽带，JAZs在翻译后水平是否还被其他重要调节蛋白修饰仍有待深入研究。我们研究发现JAZs蛋白能与进化上同源的BOI（BOS INTERACTOR）、BRG1（BOI-RELATED GENE1）、BRG2和BRG3（统称BOIs）互作形成复合物。BOIs属于RING家族的泛素E3连接酶成员，具有泛素连接酶活性。我们发现BOIs基因受茉莉酸诱导，且正调控拟南芥的JA反应。与野生型植物相比，boi brg1 brg2 brg3四突变体（boiQ）对茉莉酸的敏感性下降；相反，BOI的高表达植物对茉莉酸更敏感。此外，JAZ1蛋白可以被BOI泛素化并降解，JAZ1蛋白在boiQ中的积累量明显较在野生型植物中高。进一步的表型分析表明，BOI位于JAZ1上游，且发挥功能依赖JA信号转导途径的受体COI1和关键转录因子MYC2。综合这些结果表明，BOIs通过泛素化并促进JAZs抑制子降解，从而释放出核心转录因子MYC2来激活JA反应。. 此外，我们还详细阐明了泛素E3连接酶PUB8通过维持ABI3和ABI5的蛋白稳态，特异性调控种子萌发后子叶变绿的遗传机理；阐述了植物韧皮部-昆虫-病原菌之间相互作用研究进展和挑战；初步解析了褐飞虱热激蛋白70-3（Heat shock 70 kDa protein cognate 3）调控植物生理过程的生物学功能。相关研究结果对于人们深入理解植物激素信号转导途径关键蛋白的翻译后修饰调控机理具有重要理论意义，也可为农作物优良品种培育和作物驯化提供理论依据。