以下文章来源于Mol Plant植物科学 ，作者SCI Shi
2022年12月20日，Nature Plants在线发表了美国得克萨斯大学奥斯汀分校、华盛顿大学Keiko U. Torii团队及其合作者题为“Direct attenuation of Arabidopsis ERECTA signalling by a pair of U-box E3 ligases”的研究论文。该研究发现E3连接酶PUB30/31是ERECTA（ER）信号通路的衰减因子，可与ER和BAK1互作并被BAK1磷酸化，磷酸化后的PUB30/31与ER-BAK1复合物结合更紧密，并通过泛素化降解ER蛋白，从而调控ER信号介导的花序/花梗生长和气孔发育；揭示了PUB30/31灭活ER信号传导的分子机制。
https://doi.org/10.1038/s41477-022-01303-x
多细胞生物的发育依赖于细胞增殖和分化的协调，以响应外部环境。植物的受体样激酶（RLK），是一组具有胞内激酶结构域的膜定位的受体蛋白；它们通过感知并结合细胞质外体中的信号小分子（比如小肽），并介导细胞信号传导来协调植物的生长发育和环境响应。LRR-RLK是拟南芥中最大的RLK亚家族，有200多个成员；在植物发育、激素感知和免疫方面发挥着关键作用。但只有少数LRR-RLK具有已知的配体，这些LRR-RLK通常称为LRR-RKs；包括BRI1和FLS2等。
在拟南芥中，ERECTA（ER）受体激酶可通过感知多个EPF/EPFL小肽，来调节植物发育的各个方面；包括花序结构、茎和花梗伸长、花发育、维管分化和气孔发育。已有研究确定了这些ER信号通路共享组件及其特异性因子。例如，EPFL6和EPFL4介导的ER信号主要促进细胞增殖和茎/花梗的伸长，以实现适当的花序结构；EPF2介导的ER信号则在气孔发育过程中抑制气孔谱系细胞进入分裂。然而，ER受体激酶在完成信号传导后是如何被灭活的，仍不清楚。
拟南芥含有60多个PUB蛋白；除了少数成员外，它们的体内靶标和功能仍然未知。通过突变体表型分析，该研究发现，PUB30和PUB31是ER信号传导的衰减因子，可调控花序/花梗生长和气孔发育。pub30 pub31双突变植物表现出极度伸长的花梗和气孔发育的减少，同时erecta突变处于pub30 pub31的上位；表明PUB30和PUB31可下调 ER活性，并具有冗余性（Figure 1）。
Figure 1. PUB30/31在 ER通路中调节花序/花梗生长和气孔发育
利用proPUB30::PUB30-YFP和proPUB31::PUB31-YFP，该研究发现PUB30/31和ER具有类似的表达模式；暗示它们可能互作。通过酵母双杂（Y2H）和免疫共沉淀（co-IP），研究人员证实，ER可与PUB30/31发生相互作用，且调节花梗伸长和气孔发育的相应小肽可促进它们在体内的互作。
PUB30/31具有E3连接酶的特征序列；该研究发现，PUB30/31的E3连接酶活性是调控花梗伸长和气孔发育所必需的。另外，在pub30 pub31突变体中，活性或非活性EPF2/EPFL6小肽的处理对ER蛋白的丰度影响不大。这些结果表明，pub30 pub31突变体是由于小肽促进ER蛋白积累过多造成的，PUB30/31通过泛素化ER可下调ER蛋白的积累（Figure 2）。
Figure 2. PUB30/31通过泛素化调控ER蛋白的丰度
BAK1是ER的辅助受体，EPF/EPFL小肽的结合可触发ER和BAK1形成活性的受体复合物。该研究发现，BAK1也可与PUB30/31互作，并磷酸化PUB30/31；另外，其接头结构域中的单个氨基酸残基T是BAK1的主要磷酸化位点；表明PUB30/31的活性调节发生在受体复合物的水平上，ER被小肽激活后诱导ER-BAK1受体复合物的形成，从而促进PUB30/31与BAK1互作并磷酸化（Figure 3）。
Figure 3. BAK1与PUB30/31互作并磷酸化
那么，PUB30/31的磷酸化与ER泛素化之间有何联系？利用体内体外实验，该研究发现BAK1介导的PUB30/31磷酸化可增强它们与ER的互作，从而促进ER的泛素化和降解。同时，该研究证实BAK1介导的PUB30/31磷酸化是调节花序/花梗生长和气孔发育所必需的（Figure 4）。
Figure 4. BAK1对PUB30/31的磷酸化对其功能至关重要
综上所述，该研究发现PUB30/31是ER信号通路的衰减因子，并揭示了PUB30/31灭活ER信号传导的分子机制：在气孔发育的调节过程中，ER可与TMM在没有小肽的情况下结合；ER被EPF2小肽激活后，可与辅助受体BAK1/SERK结合并诱导磷酸化信号传导，激活YODA-MKK4/5-MPK3/6组成的MAPK级联反应并抑制气孔的发育；同时，激活的BAK1/SERKs磷酸化PUB30/31连接区域，磷酸化的PUB30/31与ERECTA-BAK1/SERKs复合物紧密结合，并由PUB30/31介导ER的泛素化和降解（Figure 5a）。在花序/花梗生长的调控过程中，ER和BAK1/SERKs在没有小肽的情况下不会强烈结合；ER被EPFL6激活后，促进与BAK1/SERKs的结合并诱导磷酸化信号传导，激活YODA-MKK4/5-MPK3/6组成的MAPK级联反应并促进花序和花梗的生长（Figure 5b）。然而，上述过程的E2连接酶是什么，仍不清楚。
Figure 5. PUB30/31灭活ER信号传导的分子机制
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41477-022-01303-x
转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号
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