低温胁迫严重影响葡萄等植物的生长发育和地理分布，是制约作物产量和品质的主要因素之一，植物已经进化出复杂的机制来抵御低温胁迫。ICE-CBF途径是目前研究较清楚的植物低温应答调控网络，但ICE和CBF蛋白的翻译后调控研究较少。植物U-box型E3连接酶（PUB）在低温胁迫等多种生物学过程中发挥重要作用，项目组前期研究表明葡萄PUB24和HOS1与ICE1蛋白互作，HOS1参与ICE1的降解而PUB24不参与（Yao et al. 2017），而响应低温关键转录因子CBF蛋白稳定性的泛素连接酶一直未见报道。因此，挖掘植物低温逆境中影响CBF稳定性的E3泛素连接酶基因并研究其调控机制，为解析植物的抗寒性有重要意义。
2024年12月，Horticulture Research在线发表了西北农林科技大学作物抗逆与高效生产全国重点实验室葡萄种质资源与遗传育种团队张朝红教授/李琰副教授课题组题为The ubiquitin ligase VviPUB19 negatively regulates grape cold tolerance by affecting the stability of ICEs and CBFs 的研究论文，该研究揭示了泛素连接酶VviPUB19负调控葡萄耐寒性的分子机制。
在这项研究中，葡萄U-box型泛素连接酶VviPUB19 基因被4°C低温诱导表达。过表达VviPUB19降低了拟南芥株系的耐寒性，拟南芥中VviPUB19基因的同源突变体pub19表现出增强的耐寒性，并且VviPUB19 可以减弱突变体的抗性表型。研究还利用葡萄遗传转化体系获得了VviPUB19 过表达‘无核白’葡萄株系，通过冻害表型、生理生化指标测定以及冷响应基因表达分析表明VviPUB19过表达葡萄株系表现出较低的耐寒性。进一步通过酵母双杂交（Y2H）和双分子荧光互补（BiFC）试验证明了VviPUB19与低温相关转录因子VviICE1、2和3以及VviCBF1和2蛋白相互作用。泛素化蛋白降解试验表明VviPUB19在常温22℃和低温4℃下均参与VviICE1和VviCBF1蛋白的降解，且能被蛋白酶体抑制剂MG132抑制。研究还利用酵母单杂交（Y1H）和双荧光素酶（Dual-LUC）试验表明VviICE1、2和3与VviPUB19启动子的MYC元件结合并正向调节VviPUB19启动子活性。论文首次报道了调控CBF稳定性的E3泛素连接酶，研究结果表明VviPUB19通过参与ICE-CBF冷响应依赖途径降低了葡萄的耐寒性。
图2 VviPUB19与VviICE1、2、3互作并参与其蛋白降解
图3 VviPUB19与VviCBF1和VviCBF2互作并参与其蛋白降解
该研究是在西北农林科技大学作物抗逆与高效生产全国重点实验室完成，西北农林科技大学园艺学院已毕业博士王玲和在读博士生赵梦羽为论文共同第一作者，西北农林科技大学张朝红教授和李琰副教授为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（32072554）、国家重点研发计划（2019YFD1001405和2020YFD1000204）资助。
文章链接：
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