5月15日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛、张余以及何祖华院士团队在水稻免疫机制研究上取得了重大突破。该成果以“Release of a ubiquitin brake activates OsCERK1-triggered immunity in rice”为题，在国际顶级学术期刊《自然》上发表，为深入理解植物如何巧妙使用免疫系统这把双刃剑协调抗病、共生和生长的平衡奠定了理论基础。

研究发现了一种名为OsCIE1（E3酶）的调控蛋白能够束缚OsCERK1激酶活性。在无病原菌侵染的时期，OsCIE1能够像“刹车闸”一样，将泛素分子连接到OsCERK1蛋白表面，抑制OsCERK1的激酶活性，防止免疫过度激活。然而，当水稻面临病原真菌入侵时，真菌细胞壁上的长链几丁质迅速诱导OsCERK1的激酶活性。该激酶将磷酸基团分子添加至OsCIE1蛋白表面的关键区域，抑制OsCIE1限制OsCERK1的能力，从而解除“刹车闸”的束缚。此时，免疫信号通路被OsCERK1成功激活，启动植物免疫反应，抵抗病原菌的侵染。

科研人员精确鉴定了控制OsCIE1“刹车闸”松紧的关键位点Ser237。当Ser237位点被OsCERK1磷酸化修饰时，如同刹车闸失效，OsCERK1便可展现其威力，积极抵御外敌。而一旦Ser237位点未被磷酸化，刹车闸再次发挥作用，OsCERK1则恢复平静。抵御外敌的同时，OsCERK1控制水稻菌根共生的建立，使丛枝菌根真菌进入植物根系，并利用其发达的菌根网络协助水稻更高效地吸收磷、氮等关键营养物质，促进水稻的生长发育。因此，该研究揭示了OsCIE1这一“刹车闸”，及其“松闸”的Ser237磷酸化位点（如下图所示），在植物免疫和共生中的作用，不仅阐明了植物协同调节免疫、共生和生长发育的分子机制，同时也为未来绿色农业生产提供了基因资源。

　　图1. OsCIE1介导的泛素蛋白“制动器”调控OsCERK1共生产量/免疫平衡的机制示意图

该成果在国家蛋白质科学研究（上海）设施核磁共振分析系统的600兆和800兆核磁谱仪完成核磁全套数据收集，解析了U-boxWT以及U-boxS237D突变体在溶液中的结构。从NOESY谱中可以看到，当Ser237突变为Asp237后，突变位点与所在loop对面的残基Cys234的NOE消失，表明突变改变其所在loop的构象。结构显示关键氨基酸Ser237在溶液中呈现朝内和朝外两种构象，朝外可被磷酸化，朝内可稳定与E2互作的loop的结构。当Ser237突变为模拟磷酸化的天冬氨酸时，所有结构的侧链都呈现朝外的构象，该构象破坏了E2互作loop的稳定性同时模拟磷酸的基团也将妨碍U-box与E2的结合，从而阻断泛素分子的传递。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07418-9