近日，河南農業大學農學院王道文研究員團隊在《Molecular Plant》上發表了題為“The RING-finger ubiquitin E3 ligase RFEL1 targets wheat NPR3 for degradation to confer broad-spectrum resistance against biotrophic fungal pathogens”的研究論文。該論文鑒定出一個調控小麥廣譜抗性的分子模塊RFEL1-NPR3，該模塊中E3泛素連接酶RFEL1介導小麥水楊酸受體NPR3的泛素化修飾并促進其通過26S蛋白酶體降解。過表達RFEL1或敲除TaNPR3均能賦予小麥對條銹病、白粉病和葉銹病的廣譜抗性。該項研究不僅加深了水楊酸受體NPR3在植物免疫應答中作用機制的認識，還為小麥廣譜抗性分子育種提供了理論指導和遺傳資源。

小麥是世界和我國最重要的糧食作物之一，為世界35%以上的人口提供口糧，確保小麥的高產穩產對于維持全球糧食和營養安全至關重要。然而，條銹病、葉銹病和白粉病等多種真菌病害對小麥穩定生產造成持續和重大危害。廣譜抗性基因的利用可以同時抵御多種病原菌的侵害，為小麥生產提供有效和持久保護。

為挖掘新的小麥條銹病調控基因，本研究對抗性烏拉爾圖小麥材料PI428322進行接菌不同時間點的轉錄組測序分析，結合VIGS實驗初步證實RFEL1是一個潛在的條銹病正向調控基因。體外泛素化實驗表明，RFEL1具有E3泛素連接酶活性。進一步功能驗證表明，RFEL1 Kronos突變體對條銹病的抗性減弱，而過表達轉基因小麥的條銹病抗性增強，表明RFEL1正向調控小麥條銹病抗性（圖1A-1H）。

圖1 RFEL1和NPR3的功能驗證

為了闡明RFEL1調控小麥抗病的分子機制，本研究以RFEL1蛋白為誘餌，通過酵母雙雜交篩選烏拉爾圖小麥cDNA文庫，確定了小麥水楊酸受體NPR3與RFEL1互作?；プ鲗嶒灪腕w外泛素化實驗證實RFEL1與NPR3互作并介導其泛素化修飾。Cell-free、小麥體內、煙草水平蛋白實驗表明，RFEL1介導小麥NPR3蛋白通過26S蛋白酶體進行降解（圖2）。功能驗證實驗表明，敲除小麥NPR3基因，增強了小麥對條銹病的抗性，表明小麥NPR3基因負調控小麥條銹病抗性（圖1I-1N）。

圖2 RFEL1介導NPR3的泛素化并促進其通過26S蛋白酶體降解

作者同時研究了RFEL1-NPR3對小麥白粉病和葉銹病的抗性，結果表明過表達RFEL1或者敲除TaNPR3基因均能增強小麥對白粉病和葉銹病的抗性（圖3）。

圖3 RFEL1-NPR3介導小麥對白粉病和葉銹病的廣譜抗性

作者提出了RFEL1-NPR3調控小麥抗病的工作模型，小麥條銹菌侵染上調RFEL1的表達，RFEL1利用其E3泛素連接酶活性介導TaNPR3的泛素化修飾，通過26S蛋白酶體途徑降解TaNPR3蛋白，從而關閉TaNPR3的轉錄抑制功能，允許CBP60g、WRKY70、TaPR1和TaPR3等防御基因的表達。同時TaNPR3的缺失導致其不能通過CRL3降解TaNPR1蛋白，導致植物體內TaNPR1蛋白水平的積累，TaNPR1與TGA轉錄因子（TFs）相互作用促進防御基因（如CBP60g、WRKY70、TaPR1和TaPR3）的表達。這兩個過程共同作用賦予小麥對條銹病的抗性（圖4）。

圖4 RFEL1-NPR3調控小麥抗病的分子機制

河南農業大學碩士生喬柳惠，以及研究員張坤普、碩士生李錦艷為論文共同第一作者，王道文研究員、鄭文明教授、南卡羅來納大學傅正擎教授和河南農業大學青年教師王換副教授為該論文共同通訊作者。河南農業大學碩士研究生張子明、已畢業碩士研究生孫瀟和倪楠楠等同學參與了該工作。該研究得到了國家重點研發計劃項目(2021YFD1401000)、中原學者基金(234000510002)、河南省自然科學基金-優秀青年基金(242300421113)等資助。