南京农业大学王秀娥课题组揭示重金属结合蛋白HIPP1介导的小麦白粉病抗性依赖于异戊二烯化修饰

以下文章来源于植物与环境 PCE ，作者植物与环境 PCE

生物体存在多种类型的蛋白质翻译后修饰以应对复杂的外部环境和调控自身生长发育过程。泛素化和异戊二烯化修饰是其中的两种修饰类型，前者通过E1、E2和E3级联反应将泛素分子连接到靶蛋白的赖氨酸残基（Lys）上，后者由法酰基转移酶（FTase）将异戊二烯类脂质连接到靶蛋白C末端CaaX基序的半胱氨酸（Cys）残基上。

小麦白粉病是小麦三大真菌病害之一，严重威胁小麦生产，发掘小麦及其近缘物种中的抗白粉病基因对抗病性改良具有重要意义。小麦野生近缘物种簇毛麦（Haynaldia villosa）高抗小麦白粉病，该课题组前期研究发现簇毛麦E3泛素连接酶基因CMPG1-V受白粉菌诱导快速富集，正向调控白粉病抗性（Zhu et al. Plant J 2015）。但CMPG1调控抗性的机制尚不清楚。该研究利用酵母双杂交体系筛选出一个异戊二烯化重金属结合蛋白HIPP1与CMPG1互作。HIPP1是否参与调控白粉病抗性、以及两种修饰蛋白如何协同调控白粉病抗性值得深入研究。

近期，南京农业大学王秀娥课题组与中国科学院谢旗课题组合作在Plant, Cell & Environment发表了题为“Isoprenylation modification is required for HIPP1-mediated powdery mildew resistance in wheat”的论文，揭示了HIPP1的功能及其蛋白质异戊二烯化修饰参与调控HIPP1/CMPG1的互作从而介导白粉病抗性。

研究发现，簇毛麦HIPP1-V受小麦白粉菌诱导快速上调表达，与CMPG1-V的诱导表达模式类似。瞬时过表达试验发现HIPP1显著降低叶片表皮细胞中白粉菌的吸器指数，在感白粉病小麦品种中异源过量表达HIPP1-V的转基因小麦(OE-HIPP1)对18个白粉菌生理小种的抗性均显著提高，证明HIPP1正向调控白粉病抗性。

HIPP1是一个细胞膜定位蛋白。为研究异戊二烯化修饰对HIPP1的定位、HIPP1/CMPG1互作以及功能的影响，构建了HIPP1的C末端半胱氨酸残基点突变HIPP1-VC148G，发现HIPP1-VC148G的细胞膜定位消失，HIPP1-VC148G瞬间表达或转基因过量表达都不能提高小麦白粉病抗性。Pull-down和BiFC证明野生型的CMPG1与HIPP1在体内体外均互作，且互作位于细胞膜上。利用FTase抑制剂Tipifarnib阻断HIPP1的异戊二烯化修饰后，HIPP1以及互作的HIPP1/CMPG1细胞膜定位消失，Tipifarnib处理抗白粉病的转基因小麦OE-HIPP1和OE-CMPG1，阻断了HIPP1/CMPG1介导的下游ROS和SA信号激活，导致转基因小麦白粉病抗性均显著下降。

综上所述，小麦或簇毛麦受到白粉菌侵染时，快速诱导HIPP1和CMPG1的上调表达，由FTase对HIPP1进行异戊二烯化修饰后HIPP1定位于细胞膜，并通过互作将CMPG1募集到细胞膜上，HIPP1/CMPG1在膜上激活ROS和SA等信号通路，提高了小麦对白粉菌的抗性。本研究发现两个修饰类型的蛋白协同调控小麦白粉病抗性，且该抗性过程依赖于HIPP1的异戊二烯化修饰。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14479

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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