九圃助力科研突破丨谢旗团队揭示植物蛋白质量控制的精准调控

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      本研究通过对动物 gp78蛋白CUE结构域的同源序列比对，从拟南芥中筛选并鉴定出两个同源蛋白 AtGP78A与AtGP78B。结果表明，AtGP78A和 AtGP78B均定位于内质网，并具有E3泛素连接酶活性。与已知内质网相关降解（ERAD）核心组分不同，敲除 AtGP78s 并未导致ERAD底物（如 bri1?5、bri1?9）积累，反而加速其降解过程，进而使植株矮化表型更为显著。这一特殊的遗传表型暗示，AtGP78s可能通过非经典途径参与调控ERAD通路。

图1. 内质网锚定的AtGP78蛋白与哺乳动物中的gp78同源

       进一步的机制研究显示，AtGP78s可直接与 HRD1复合体核心组分 AtOS9发生相互作用，并通过泛素化修饰介导其降解。在 atgp78a atgp78b 双突变体中，AtOS9 蛋白稳定性升高，进而增强了对底物蛋白的降解效率；而同时敲除 AtOS9 后，atgp78a atgp78bbri1-5/9 所呈现的加剧矮化表型则得到回补。上述结果证实，AtGP78s可作为调控节点，通过调控AtOS9蛋白稳定性，对ERAD通路活性进行精确调控（图 2）。

图2. AtGP78s通过调节AtOS9稳定性精细调控ERAD效率

      这项研究不仅描绘了一段精巧的细胞分子机制，更重要的是，它揭示了一种独立于经典HRD1复合物之外、全新的ERAD系统 “负调控” 机制。用“螳螂捕蝉，黄雀在后”这一成语，可生动概括AtGP78s、AtOS9与bri1?5蛋白之间的调控关系：

正常状态（动态平衡）：“黄雀”（AtGP78s）适度抑制“螳螂”（AtOS9）。部分“蝉”（bri1?5）得以保留，避免被过度降解，并前往细胞膜行使部分功能，植株呈现轻度矮化表型。

缺失“黄雀”（降解过强）：当 AtGP78s 缺失后，“螳螂”（AtOS9）失去约束，大量降解 “蝉”（bri1?5）。能够定位到膜上发挥功能的蛋白大幅减少，BR 信号通路显著减弱，植物表现出更严重的矮化表型。

同时去除“螳螂”与“黄雀”：在四重突变体中，既无“黄雀”（AtGP78s）也无“螳螂”（AtOS9），蛋白降解系统失效，多数“蝉”（bri1?5）得以留存，植株矮化表型随之恢复。

       总而言之，AtGP78s 如同“黄雀”，通过负向调控 “螳螂”AtOS9，实现对蛋白降解效率的精准动态调节。这一机制保证了植物在应对胞内蛋白折叠压力时，可在降解效率与生理需求之间维持平衡。该发现不仅为解析植物细胞稳态调控提供了新的理论视角，也为后续作物抗逆分子育种提供了重要的候选靶点。

中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗团队已毕业博士生刘瑞君, 博士生赵康旭和博士后葛逢勇为文章的共同第一作者, 谢旗研究员和吴耀荣副研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发项目 (2022xjkk0202, 2016YFA0500501) 和国家自然科学基金 (31972862) 的资助。