RING-finger泛素E3连接酶RFEL1通过降解小麦NPR3赋予对活体营养型真菌病原体的广谱抗性

为解决小麦对活体营养型真菌病原体（如条锈病、白粉病和叶锈病）抗性不足的问题，研究人员开展了关于RING-finger泛素E3连接酶RFEL1与小麦NPR3互作机制的研究。研究发现RFEL1通过泛素化并促进NPR3经26S蛋白酶体降解，从而增强小麦对多种病原体的广谱抗性，且不影响生长和产量。这一发现为作物抗病育种提供了新策略。

　　

小麦是全球重要的粮食作物，但其生产常受到条锈病（YR）、白粉病（PM）和叶锈病（LR）等活体营养型真菌病原体的严重威胁。这些病害由不同的病原菌引起，如条锈病菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst）、白粉病菌（Blumeria graminis f. sp. tritici, Bgt）和叶锈病菌（Puccinia triticina, Pt）。尽管已有部分抗病基因被鉴定和应用，但大多数抗性基因仅针对特定病原菌小种，且易因病原菌的快速进化而失效。因此，发掘和利用广谱抗性（Broad-spectrum resistance, BSR）基因成为小麦抗病育种的重要方向。

河南农业大学高效小麦-玉米双季生产国家重点实验室的研究人员通过转录组分析，在二倍体小麦Triticum urartu（Tu）中鉴定到一个RING-finger泛素E3连接酶基因RFEL1，该基因在病原菌侵染后显著上调表达。进一步研究发现，RFEL1能够泛素化小麦NPR3（TaNPR3），并通过26S蛋白酶体途径促进其降解。NPR3是植物免疫中的重要负调控因子，其降解可解除对免疫反应的抑制，从而增强小麦对多种病原菌的抗性。

研究人员利用多种技术手段验证了这一机制。首先，通过病毒诱导基因沉默（VIGS）和CRISPR/Cas9基因编辑技术分别敲降和敲除RFEL1或NPR3，证实了RFEL1的正调控作用和NPR3的负调控作用。其次，通过酵母双杂交（Y2H）、免疫共沉淀（Co-IP）和荧光互补（LC）实验证明了RFEL1与NPR3的相互作用。此外，体外泛素化实验和细胞降解实验表明，RFEL1能够泛素化NPR3并促进其降解，而蛋白酶体抑制剂MG132可抑制这一过程。

研究结果显示，过表达RFEL1或敲除NPR3的小麦植株对四种不同的条锈病菌小种（CYR17、CYR32、CYR33和CYR34）均表现出显著增强的抗性。同时，这些植株对白粉病和叶锈病也表现出广谱抗性。重要的是，这些遗传修饰并未对小麦的生长和产量性状产生负面影响，表明RFEL1-NPR3模块在抗病育种中具有重要应用价值。

在分子机制方面，研究人员发现RFEL1-NPR3模块通过两条途径增强小麦免疫反应：一是解除NPR3对防御基因（如TaCBP60g、TaWRKY70、TaPR1和TaPR3）表达的抑制；二是稳定NPR1蛋白水平，从而增强其与TGA转录因子的互作，进一步激活防御基因表达。此外，外源水杨酸（SA）处理能够促进RFEL1与NPR3的互作，并模拟病原菌侵染对NPR3蛋白水平的动态调控，表明SA信号通路在这一过程中发挥重要作用。

这项研究不仅揭示了RFEL1-NPR3模块在小麦免疫中的关键作用，还为作物广谱抗病育种提供了新的分子靶点。由于RFEL1和NPR3在高等植物中高度保守，这一模块在其他作物中的应用潜力巨大。未来研究可进一步探索RFEL1是否参与NPR4的调控，以及其在抗半活体营养型和坏死型病原体中的作用。

该研究发表在《Molecular Plant》上，为理解植物免疫调控机制和开发新型抗病策略提供了重要理论依据。通过精准调控RFEL1-NPR3模块，有望培育出兼具广谱抗性和优良农艺性状的小麦新品种，为全球粮食安全提供保障。