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2020年9月8日，Molecular Plant在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗课题组题为“ESCRT-I Component VPS23A Is Targeted by E3 Ubiquitin Ligase XBAT35 for Proteasome-Mediated Degradation in Modulating ABA Signaling”的研究论文。该论文揭示了E3泛素连接酶XBAT35通过调节ABA受体的负调控因子--ESCRT-I经典组分VPS23A蛋白稳定性，从而调控ABA信号的接收及其介导的干旱胁迫响应的分子机制。   脱落酸（Abscisic acid，ABA）作为主要的植物激素之一，参与植物的生长发育和各种生物和非生物胁迫应对过程。在不良环境胁迫下，植物细胞中的ABA含量增多，是植物感受和应对外界环境的信号。因此，通过对ABA信号转导通路分子机理的深入探索和研究，有望进一步发掘相关功能基因，培育出抗旱耐盐等优良性状的作物。 谢旗团队和西班牙Pedro L. Rodriguez实验室前期的研究工作分别发现，参与内膜运输途径的ESCRTs（Endosome Sorting Complex Required for Transports）复合体组分VPS23A和FYVE1/FREE1，通过识别ABA受体PYL4，能够介导ABA受体进入内膜运输途径，从而进入液泡中进行降解，最终影响ABA受体的定位和蛋白稳定性（Yu et al., 2016; Belda-Palazon et al., 2016）。在研究VPS23A参与调控ABA信号途径的过程中，作者发现ABA处理同时也影响了VPS23A的稳定性，从而启动了植物ESCRT复合体组分蛋白稳定性这个空白领域的研究。  该项研究首先证明了VPS23A能够通过26S蛋白酶体途径降解，并且发现其能够被K48位连接的泛素链修饰。K48位连接的泛素链修饰往往导致被修饰蛋白进入26S蛋白酶体途径进行降解。通过IP/LC-MS-MS的方法，鉴定到一个与VPS23A互作的候选蛋白XBAT35。XBAT35是一个RING类型的E3泛素连接酶，它含有两个与VPS23A互作的PSAP基序。通过荧光素酶互补实验（LCI）、pull-down实验和生物膜干涉实验（BLI）证明了两者的确存在相互作用。表型分析发现，xbat35突变体在子叶变绿和根长生长方面表现出对ABA不敏感的表型，并且在干旱处理下植株存活率下降；这与vps23a突变体的表型相反，遗传学上支持XBAT35作为一个E3泛素连接酶有可能通过泛素化修饰负调控VPS23A蛋白的稳定性。 通过体外和体内蛋白降解实验，发现XBAT35的确能够促进VPS23A蛋白的降解；在xbat35 的突变体中，VPS23A蛋白的降解速率较其在野生型背景下减慢。体外底物泛素化实验证明，XBAT35能够直接介导VPS23A的泛素化修饰；与之相应的是，在xbat35突变体中，VPS23A蛋白的K48连接的泛素链修饰水平较其在野生型背景下减弱。因此，VPS23A的确是XBAT35的一个降解型泛素底物蛋白。因此，XBAT35通过泛素化VPS23A，使其进入26S蛋白酶体途径降解。遗传学实验证实了VPS23A上位于XBAT35，进一步支持了以上结论。  图 1. XBAT35通过调控VPS23A/PYL4复合体参与ABA信号通路 作者进一步探究了XBAT35/VPS23A是如何响应ABA信号的。一系列生化实验证明，ABA能够促进E3泛素连接酶XBAT35对VPS23A蛋白的降解，并且在ABA处理下，xbat35突变体中，ABA受体PYL4的蛋白表达水平降低，而在xbat35-1 vps23a双突变体中，PYL4的蛋白水平较野生型升高，这与vps23a相似。因此，ABA促进XBAT35对VPS23A的降解作用，从而释放VPS23A对PYL4蛋白的抑制作用，帮助植物激活ABA信号通路以应对外界环境胁迫。 综上所述，该项研究不仅进一步阐明了ESCRT复合体在ABA信号接收中的响应和调控机制，而且揭示了植物中两条主要的蛋白降解途径，包括ESCRT复合体参与的内膜运输降解途径和泛素蛋白酶体降解途径，如何通过影响ABA受体的蛋白水平而精细调节ABA信号的激活和去激活的分子机理。 |
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