马铃薯泛素结合酶StUBC19通过调控氧化应激与WIN2互作增强植物渗透与盐胁迫抗性的分子机制

为解决全球气候变化导致的干旱与盐胁迫对马铃薯生产的威胁，甘肃科研团队聚焦泛素蛋白酶体系统（UPS），克隆鉴定出关键E2酶StUBC19。研究发现该基因通过增强抗氧化酶（SOD/CAT/POD）活性、降低MDA含量，并与StWIN2蛋白互作，显著提升转基因植株的渗透与盐胁迫抗性，为作物抗逆育种提供新靶点。

　　

随着全球气候变化加剧，干旱和土壤盐渍化已成为威胁马铃薯——这一全球第四大粮食作物——生产的关键因素。据统计，超过20%的耕地正遭受盐碱化侵害，而干旱更导致作物减产高达50%。面对这些挑战，植物进化出了复杂的应激响应机制，其中泛素蛋白酶体系统（Ubiquitin Proteasome System, UPS）作为真核生物重要的蛋白质翻译后修饰途径，在调控非生物胁迫应答中扮演核心角色。然而，马铃薯中泛素结合酶（Ubiquitin-conjugating enzymes, UBCs）的具体功能机制仍属未知。

甘肃农业大学的研究团队在《Plant Science》发表的最新研究，首次揭示了马铃薯StUBC19基因通过多重分子机制增强植物抗逆性的完整通路。研究人员采用基因克隆、组织特异性表达分析、启动子活性检测（GUS染色）、亚细胞定位、转基因表型分析（株高/根长/生物量）、抗氧化酶活性测定（SOD/CAT/POD）、酵母双杂交（Y2H）、双分子荧光互补（BiFC）和荧光素酶互补（LCI）等关键技术，系统解析了StUBC19的功能特性。

关键研究发现

1. 基因特征与表达模式：StUBC19定位于4号染色体，编码160个氨基酸的亲水性蛋白，在叶片和顶芽中高表达。其启动子能被干旱、盐及多种植物激素（ABA/GA/IAA/SA）激活，暗示其参与多重信号通路。

2. 亚细胞定位与互作网络：StUBC19独特地分布于细胞核和质膜，并通过实验证实与胁迫响应蛋白StWIN2存在物理互作，构建了UBC-WIN2调控模块。

3. 转基因表型优势：过表达株系（OEs）在胁迫下表现出显著生长优势——株高增加35%、根长延长28%，且MDA含量降低42%，同时SOD活性提升2.1倍，表明StUBC19通过增强ROS清除能力缓解氧化损伤。

4. 跨胁迫调控机制：研究提出StUBC19可能通过双重路径发挥作用：一方面直接激活抗氧化系统，另一方面通过WIN2互作调控下游胁迫响应基因，形成网络化防御体系。

这项研究不仅首次阐明马铃薯UBC家族成员在非生物胁迫中的分子机制，更创新性地发现E2酶与WIN2蛋白的协同作用模式。相较于已知的单一通路调控（如水稻OsUBC2仅通过JA/SA信号参与抗病），StUBC19展现出更广泛的调控维度，为设计"多胁迫协同抗性"的分子育种策略提供了理论依据。随着全球耕地资源日趋紧张，该成果对保障粮食安全具有重要实践价值，其揭示的UBC-WIN2互作机制更为作物抗逆研究开辟了新方向。