水稻RING E3泛素连接酶OsRMT1通过降解盐响应蛋白OsMBL1负调控耐盐性的分子机制

这篇研究揭示了水稻RING E3泛素连接酶OsRMT1通过泛素化降解甘露糖结合凝集素OsMBL1（一种典型盐响应蛋白）负调控耐盐性的新机制。OsMBL1过表达可增强水稻、番茄、油菜和拟南芥的耐盐性，而OsRMT1通过UPS（泛素-蛋白酶体系统）介导的OsMBL1降解抑制这一过程。遗传分析证实OsRMT1-OsMBL1- OsERF040模块通过调控下游耐盐基因表达影响植物应激响应，为作物抗逆育种提供了新靶点。

　　

研究背景

全球盐碱化加剧严重威胁作物生产，水稻作为盐敏感的主粮作物，其耐盐机制研究至关重要。OsMBL1（又称OsSalT/Osl43）是30年前发现的盐诱导标记基因，属于Jacalin相关凝集素（JRLs）家族，具有甘露糖结合活性，但其生物学功能长期未明。同时，E3泛素连接酶（如RING型OsRMT1）通过UPS调控蛋白稳态，但在盐胁迫中的底物与机制知之甚少。

OsMBL1的鉴定与功能验证

研究发现重组OsMBL1蛋白能凝集鸡红细胞，且对甘露糖的结合力强于葡萄糖（图1a）。盐处理（175 mM NaCl）24小时后，水稻叶片中OsMBL1表达显著上调（图1b）。组织特异性GUS染色显示其在胚胎、根、叶舌和维管组织中高表达（图1c-g）。通过CRISPR/Cas9构建的OsMBL1敲除株系（KO-105/KO-107）在盐胁迫下存活率仅30%（野生型WT>50%），且积累更多H₂O₂（图2a-c）；而过表达株系（OE-117/OE-118）则表现相反表型（图2d-f）。异源过表达OsMBL1还能增强番茄、油菜和拟南芥的耐盐性（图S3-S5），表明其功能具有跨物种保守性。

OsRMT1与OsMBL1的互作机制

酵母双杂交（Y2H）筛选发现RING-H2型E3连接酶OsRMT1与OsMBL1互作，经双分子荧光互补（BiFC）、荧光素酶互补（LCI）和体外Pull-down实验验证（图3a-d）。与拟南芥中报道相反，水稻OsRMT1敲除株系（KO-120/KO-123）耐盐性增强，而过表达株系（OE-126/OE-132）则更敏感（图4a-f）。体外泛素化实验证实OsRMT1依赖E1/E2催化OsMBL1多聚泛素化（图5a），且OsRMT1过表达株系中OsMBL1蛋白水平显著降低，蛋白酶体抑制剂MG132可阻断该降解（图5b-c）。

遗传通路与下游调控

遗传互补实验显示，OsMBL1/OsRMT1双过表达株系（OE-127/OE-129）表型与OsRMT1单过表达株系相似（图6a-d），证实OsRMT1位于OsMBL1上游。进一步发现OsMBL1能结合AP2/ERF家族转录因子OsERF040（图S9a-b），激活含DRE/CRT元件的下游基因；但OsRMT1通过降解OsMBL1抑制这一过程（图S9c-e）。

应用前景与创新性

该研究首次阐明OsRMT1-OsMBL1-OsERF040模块通过“E3连接酶-底物-转录因子”三级调控网络影响耐盐性（图7），为作物抗逆分子设计育种提供了新策略。OsMBL1的跨物种功能保守性暗示其可作为多作物耐盐改良的通用靶点，而调控其蛋白稳定性的OsRMT1则可能成为耐负调控因子的编辑对象。