拟南芥泛素连接酶PUB30和PUB31在油菜素内酯信号转导过程中的功能研究

Plant hormone brassinosteroid (BR) could efficiently improve crop yield. BR signal transduction was deeply studied in Arabidopsis, in which many components were modified by ubiquitination. However, corresponding ubiquitin ligases have not been identified in BR signaling until now. We found PUB30 and PUB31 are highly homologous, and pub30 pub31 double mutants showed BR-deficient or BR-insensitive phenotype. Physiological tests displayed that pub30 pub31 double mutants are insensitive to BR. PUB30 and PUB31 were self-ubiquitination in vitro. By the yeast two-hybrid we found that PUB30 or PUB31 interacted with BKI1, a negative regulator in BR signaling. The project will focus on the regulation of PUB30 and PUB31 on BKI1 and elucidate the mechanism of PUB30 and PUB31 in regulating BR signaling transduction, which will provide us new evidence for understanding BR signaling transduction and provide theoretical basis and gene resource for improving crop yield.

植物激素油菜素内酯（BR）可有效地提高作物产量。拟南芥中BR信号转导网络研究得比较清楚，其中多个蛋白分子可被泛素化修饰。然而，相应的泛素连接酶却未有报道。本研究前期工作发现拟南芥中两个同源性较高的U-box类泛素连接酶PUB30和PUB31的功能缺失突变体（pub30 pub31）具有与BR生物合成或信号转导发生缺陷的突变体相似的表型。进一步的生理实验证明pub30 pub31双突变体属于BR不敏感突变体。生物化学分析表明PUB30和PUB31在体外具有自身泛素化的能力。酵母双杂交的结果说明PUB30或PUB31可与BR信号通路中的负调节因子BKI1相互作用。本项目拟研究PUB30和PUB31对BKI1功能的调控作用，阐明PUB30和PUB31参与调节BR信号转导过程的分子机理。这将为全面认识BR信号转导通路提供新的证据，为农业生产上提高作物产量提供科学依据与基因资源。

我国是人口大国，随着人口增长和经济的发展，实现粮食的高产和稳产是国家粮食安全的重要保障。油菜素内酯是植物体内一类重要的可以调控整个发育过程的植物激素。在作物抵御生物胁迫和非生物胁迫方面也具有重要的功能。虽然已有很多报道指出施加油菜素内酯能显著提高植物抵御非生物胁迫的能力，但是其内在的分子机理研究比较少。在本项目中我们发现一个U-box类蛋白PUB30参与调控植物种子萌发阶段对高盐胁迫的耐受力。pub30突变体种子相比于野生型在高盐浓度培养基上具有更高的萌发水平，而与其具有高度同源的PUB31的功能却与其相反。PUB30具有泛素连接酶的活性。在体内外能够与油菜素内酯信号途径中的关键负调节因子BKI1相互作用，并影响BKI1蛋白的稳定性。过表达BKI1的转基因株系得种子在种子萌发阶段表现出抗盐表型，而bki1突变体则表现出盐敏感的表型。以上结果说明，PUB30可能通过影响油菜素内酯关键负调节因子BKI1蛋白的稳定性进而调节种子在萌发阶段对锆盐胁迫的耐受能力。此外，我们发现pub30 pub31双突变体具有明显的类似于BR信号传导受阻的突变体的表型，并且双突变体对BR不敏感，说明PUB30和PUB31可能协同调控BR的信号转导过程。质谱分析发现PUB30和PUB31可与多个14-3-3蛋白相互作用，并且在体内能够与BZR1形成复合体，以后的工作将继续开展PUB30和PUB31如何通过影响14-3-3和BZR1蛋白的功能进而调控BR信号转导的研究。