AtARRE和AtTRE1泛素化修饰调控植物非生物胁迫应答的分子机制分析

The developmental processes of plants are modified by ubiquitination that is important to keep the homeostasis of the protein level in the plants. This study is significance to unravel the regulatory mechanism of the stress response in plants. Our laboratory found that an E3 ligase AtARRE could ubiquitylate ABI5, the key factor in ABA signaling, to influence the stress response of plants. Another E3 ligase AtTRE1 could ubiquitylate DREB2A, the key transcriptional factor related to thermo-resistance in plants, to regulate the temperature response of plants. This process is independent of ABA. In this project, we want to characterize the ubiquitylation of ABI5 by AtARRE and to definite the importance of Ub-modification in ABA signaling pathway; we want to study the degradation of DREB2A by AtTRE1 and to reveal the regulation of Ub-modification in temperature response of plants. The study of Ub-modification of the key signaling factors in stress response is helpful to understand the balance between the stress response and the development of plants.

植物的发育进程受到可逆的蛋白质泛素化修饰，从而保持植物体内蛋白水平的平衡。研究这种修饰过程对揭示植物胁迫响应的调控规律具有重要意义。本实验室发现的E3泛素连接酶AtARRE通过泛素化修饰植物ABA信号途径中关键因子ABI5来影响植物的逆境应答，而另外一个E3泛素连接酶AtTRE1通过泛素化修饰与植物热胁迫响应的关键因子DREB2A来调控植物对高温的应答，却不受ABA水平变化的影响。本项目拟通过对AtARRE泛素化修饰ABI5的研究，明确泛素化修饰在ABA信号传递过程中的重要作用；通过对AtTRE1泛素化降解DREB2A，从而调控DRE2A内稳态的研究，揭示泛素化修饰在热胁迫应答过程中的调控作用。对E3泛素连接酶泛素化修饰植物体内重要抗逆途径的核心信号因子调控机制的研究，有助于揭示植物平衡“逆境应答”和“生长发育”这两大生物学过程的分子机理。

许多至关重要的生命过程不仅由蛋白质的丰度控制，还会在生命发育进程的各个阶段受到各种修饰的调控。可逆的翻译后修饰是生物大分子行使其功能的关键调控要素，例如蛋白质的泛素化修饰。在本项目中，我们对两种未知E3泛素连接酶AtARRE和AtTRE1/2对目标蛋白质的泛素化修饰过程及其对植物逆境应答的影响进行深入解析。研究发现AtARRE与ABI5在细胞核中互作，AtARRE过量表达使植物对ABA的敏感性下降，AtARRE突变则导致植物的抗旱能力提高。同时，ABA信号通路中一些关键基因如RD29A、RD29B和RD22以及ABI5的表达量水平也随着AtARRE表达量的变化而发生相反改变。因此，AtARRE在ABA信号通路中通过调控ABI5的表达从而负调控ABA信号。研究证明AtTRE1/2 均与DREB2C存在互作，因此将AtTRE1/2重新命名为DEL1/2 (DREB2C-Degrading E3 Ligase 1/2)。DEL1/2突变体导致植物在种子萌发和根生长阶段对ABA的敏感性提高，而当DEL1或DEL2过表达到DREB2C过表达株系中则明显降低植物对ABA的敏感性。遗传学分析表明DEL1和DEL2在DREB2C降解过程中存在功能冗余DEL1/2且在ABA信号途径中位于DREB2C的上游。DREB2C能够直接结合到DEL1和DEL2启动子上游的DRE元件从而启动DEL1/2的表达，导致ABA信号的关闭。因此，DREB2C和DEL1/DEL2之间的反馈调控模式对平衡植物早期生长和ABA应答具有重要意义。在本项目的支持下，发表标注SCI论文7篇，培养4名博士研究生，4名硕士研究生。