研究人员揭示了内质网相关蛋白质降解和水稻籽粒大小的控制

在《植物细胞》上发表的一项研究中，由中国科学院遗传与发育生物学研究所的李云海领导的研究人员描述了内质网(ER)相关蛋白质降解在调节水稻(Oryzasativa)谷物大小中的作用。

晶粒尺寸影响产量，因此是一个重要的农艺性状，但我们对调控晶粒尺寸的分子和遗传机制的了解仍然有限。李教授的团队专注于晶粒尺寸控制的分子网络。最近的研究表明，泛素-蛋白酶体途径在种子大小调节中具有重要作用。

泛素化需要一系列特殊酶的作用：泛素激活酶(E1s)，泛素偶联酶(E2s)和泛素连接酶(E3s)。同时，泛素或泛素链可以通过去泛素化酶去除。

他们最近发现了一种与ER相关的降解(ERAD)相关的E2-E3酶对，SMALLGRAIN3(SMG3)和REDUCEGRAINSIZE1(DGS1)，其通过水稻中的油菜素类固醇(BR)(一种重要的植物激素)信号通路调节颗粒大小和重量。

ERAD是一种特殊的泛素蛋白酶体系统，可持续监测分泌蛋白和膜蛋白的折叠状态，并降解无法修复的终末错误折叠蛋白。具体来说，只有形成正确和稳定构象的蛋白质才能通过内膜系统达到指定的定位以实现生物学功能，而有缺陷、错误折叠或不完全折叠的蛋白质被保留在ER中并被ERAD靶向破坏。在此过程中，ER中的E2-E3对在缺陷蛋白的泛素化，易位和降解中起关键作用。

SMG3是拟南芥泛素偶联酶UBC32的同系物，UBC2是一种参与ERAD途径的E1泛素偶联酶。DGS3先前已在控制晶粒尺寸调节中进行了表征。SMG1和DGS3在ER中相互作用，在穗和小穗发育中表现出非常相似的表达模式。SMG1或DGS3的功能丧失导致小晶粒，而SMG1或DGS<>的过表达导致长晶粒。

进一步的分析表明，DGS1泛素化BR受体BRI1并影响其积累，在ERAD和BR信号传导之间建立了直接的分子联系。

“这项工作为ER相关降解参与植物激素信号传导控制生殖发育提供了证据，为种子大小控制的内部机制提供了见解，”植物细胞助理专题编辑HumbertoHerrera-Ubaldo说。