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随着全球人口的持续增长，粮食安全问题日益凸显其重要性。作为关键的粮食作物之一，水稻供养了世界上超过一半的人口。稻瘟病，因其病原体稻瘟菌（Magnaporthe oryzae）对水稻造成的毁灭性影响，常被比喻为水稻的“癌症”。当稻瘟病大规模爆发时，可能导致水稻作物的完全失收。2024年9月，四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室/农学院在Nature Communications上发表了题为Fine-tuning of IPA1 transactivation activity by E3 ligase IPI7-mediated non-proteolytic K29-ubiquitination during Magnaporthe oryzae infection的研究论文。该论文揭示了E3泛素连接酶IPI7介导的K29泛素化修饰协同磷酸化控制IPA1的转录激活活性进而实现水稻抗病的分子机制。课题组先前的研究表明，转录因子IPA1在其第163位丝氨酸残基上的磷酸化修饰作为分子开关，在提高水稻产量及抗病性方面起着关键作用。尽管模拟磷酸化的IPA1变体（IPA1-S163D）更易于与抗稻瘟病相关的WRKY45基因的启动子结合，但在烟草叶片中的单独表达并不能直接激活WRKY45的表达。目前，大多数有关泛素化在植物免疫中作用的研究都聚焦于泛素化介导的蛋白质降解过程。
在本研究中，研究人员鉴定出一种专门调节IPA1-S163D转录激活活性的蛋白质，并将其命名为IPI7。这种RING类型的E3泛素连接酶虽然可以促进IPA1的泛素化，但却不会影响其稳定性。研究进一步揭示，IPI7通过特异性增加IPA1-S163D的转录激活活性来促进WRKY45的表达。
此外，研究还发现IPA1在细胞内存在多种形式的泛素化，但只有K29连接的泛素链在ipi7突变体中减少，这表明IPI7能促进IPA1的K29多泛素化。在稻瘟菌感染后，IPI7介导的IPA1 K29多泛素化程度显著增加。遗传学证据显示，IPI7在调控IPA1-S163D介导的稻瘟病抗性中发挥作用，但对由IPA1控制的穗形发育则无明显影响。
总结来看，本研究揭示了翻译后修饰如何监控与抗病相关的蛋白质转录活性，从而在抗病免疫和产量之间建立协调机制，补充了水稻与稻瘟菌相互作用的分子机制，并为如何在作物中同时实现高产和抗病提供了新的视角。西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室青年教师石辉、副教授尹俊杰、已毕业硕士研究生赵樟杰、中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾实验室余泓研究员为论文的共同第一作者，农学院王静教授为论文的通讯作者。陈学伟教授和中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室李家洋院士参与并指导了该项研究。本研究得到国家重点研发计划，国家自然科学基金和四川省自然科学基金的资助。![]()
