Cell Reports | 植保所与作科所合作揭示VQ蛋白平衡水稻广谱抗病性与生长的分子机制

2022年8月16日，中国农业科学院植物保护研究所作物病原生物功能基因组研究创新团队和作物科学研究所作物精准育种技术创新团队合作在细胞子刊《细胞通讯》(Cell Reports)上发表了题为“A VQ-motif-containing protein fine-tunes rice immunity and growth by a hierarchical regulatory mechanism”的研究论文。该研究报道了VQ蛋白OsVQ25通过OsPUB73-OsVQ25-OsWRKY53层级调节机制平衡水稻广谱抗病性和生长的分子机制。

水稻是我国重要的粮食作物，由稻瘟菌(Magnaporthe oryzae)和白叶枯菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)侵染引起的稻瘟病和白叶枯病是严重影响水稻生产的重要真菌性和细菌性病害。挖掘水稻广谱抗病功能基因并解析其分子机制，对培育水稻抗病新品种和开发病害防控新策略具有重要意义。缬氨酸-谷氨酰胺(Valine-glutamine, VQ)蛋白是一类含有保守VQ基序（FxxhVQxhTG）结构的蛋白家族。已有研究表明VQ蛋白在植物免疫反应中发挥重要作用，然而VQ蛋白调控植物抗病的分子机制还不清楚。

本研究发现水稻OsVQ25蛋白与水稻U-box类型E3泛素连接酶OsPUB73和转录因子OsWRKY53相互作用平衡水稻广谱抗病性和生长。一方面，OsVQ25是OsPUB73泛素化的底物，OsPUB73通过26S蛋白酶体途径促进OsVQ25的降解从而正向调控水稻对稻瘟菌及白叶枯菌的抗性。另一方面，OsVQ25与水稻抗性和生长调控因子OsWRKY53相互作用并抑制其转录活性，从而平衡水稻抗病性与生长发育。遗传分析表明，敲除OsVQ25能够增强水稻对两种病原菌的广谱抗性，但不影响水稻的其它主要农艺性状，说明OsVQ25有望成为水稻抗病性改良的优异基因。总之，本研究揭示了OsPUB73-OsVQ25-OsWRKY53模块平衡水稻广谱抗病性和生长的层级调控机制，为培育广谱抗病水稻品种提供了重要理论基础和候选基因。

中国农业科学院植物保护研究所博士研究生郝泽芸、中国农业科学院作物科学研究所博士研究生田金福、中国农业科学院植物保护研究所方红博士为论文的共同第一作者，植物保护研究所宁约瑟研究员与作物科学研究所夏兰琴研究员为论文共同通讯作者。华中农业大学袁猛教授和扬州大学左示敏教授等为本研究提供了大力支持。该研究得到国家自然科学基金和中国农业科学院创新工程等项目的资助。