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继今年年初华中农业大学张忠明教授研究组在Plant Cell杂志上发表了关于克隆豆科植物固氮调控基因的研究成果之后，近期又再次发表文章，发现了新型的RING类别的E3泛素连接酶，正调控结瘤的一个关键基因SIE3，这将有助于揭示泛素化修饰在豆科植物共生信号转导及根瘤发育中作用和功能。相关成果公布在Plant Physiology杂志上。
生物通报道：继今年年初华中农业大学张忠明教授研究组在Plant Cell杂志上发表了关于克隆豆科植物固氮调控基因的研究成果之后，近期又再次发表文章，发现了新型的RING类别的E3泛素连接酶，正调控结瘤的一个关键基因SIE3，这将有助于揭示泛素化修饰在豆科植物共生信号转导及根瘤发育中作用和功能。相关成果公布在Plant Physiology杂志上。
自2008年以来，农业微生物学国家重点实验室张忠明研究组在The Plant cell，Plant physiology等国际知名学术期刊上发表多篇论文，获得了豆科植物共生信号转导途经及调控机制研究方面的不少重要成果。
空气成分中约有80%的氮，但一般植物无法直接利用，只能通过外加氮肥来供应农作物的生长，作物成本以及环境压力成为广受关注的问题。而花生、大豆、苜蓿等豆科植物，与根瘤菌有着独特的共生固氮“合作关系”，形成固氮根瘤，把空气中的分子态氮转变为植物可利用的氨态氮，植物就能直接利用空气中的氮素来供给自身的生长。因此，每个根瘤相当于一座供给植物养料的“微型氮肥厂”。
豆科植物共生受体激酶SYMRK是一个含有LRR和蛋白激酶结构域的跨膜受体，位于共同共生信号途径的起始点，是豆科植物与根瘤菌和菌根真菌建立内共生关系的关键信号元件，同时也是非豆科植物与放线菌（Frankia）共生所必需的。围绕该共生受体激酶的功能和作用机制，张忠明课题组相继发现与其相互作用的ARID转录因子SIP1（Zhu et al., Plant physiology，2008）和有丝原蛋白激酶MAPKK（Chen et al., The Plant cell，2012）。
但是SYMRK如何被调控，以及结瘤因子信号如何被转导到下游的，科学家们还并不清楚，在这篇文章中，研究人员在模式豆科植物百脉根中发现一个新型的RING类别的E3泛素连接酶：SIE3，具有泛素化修饰共生受体激酶的功能，超表达引起根瘤数增加，RNAi干扰则抑制根瘤的形成，其研究揭示泛素化修饰在豆科植物共生信号转导及根瘤发育中作用和功能。
文章的第一作者袁松丽博士表示，SIE3基因在共生固氮中起着重要的调控作用。过量表达该基因能引起根瘤数增加，沉默该基因则抑制根瘤的形成。倘若有效利用固氮细菌与植物、农作物相互作用，来自自身产生固氮，可大量减少化肥在农业中的使用。
（生物通：万纹）
原文摘要：
A Ubiquitin Ligase of Symbiosis Receptor Kinase Involved in Nodule Organogenesis
The symbiosis receptor kinase, SymRK, is required for morphological changes of legume root hairs triggered by rhizobial infection. How protein turnover of SymRK is regulated and how the nodulation factor signals are transduced downstream of SymRK are not known. In this report, a SymRK-interacting E3 ubiquitin ligase, SIE3, was shown to bind and ubiquitinate SymRK. The SIE3 - SymRK interaction and the ubiquitination of SymRK were shown to occur in vitro and in planta. SIE3 represents a new class of plant-specific E3 ligases that contain a unique pattern of the conserved CTLH, CRA, and RING domains. Expression of SIE3 was detected in all tested tissues of Lotus japonicus plants, and its transcript level in roots was enhanced by rhizobial infection. The SIE3 protein was localized to multiple subcellular locations including the nuclei and plasma membrane, where the SIE3 - SymRK interaction took place. Overexpression of SIE3 promoted nodulation in transgenic hairy roots, whereas down-regulation of SIE3 transcripts by RNA interference (RNAi) inhibited infection thread development and nodule organogenesis. These results suggest that SIE3 represents a new class of E3 ubiquitin ligase, acts as a regulator of SymRK and is involved in rhizobial infection and nodulation in L. japonicus.
作者简介：
张忠明 教授
研究方向 微生物学及分子生物学
教学
情况 1.主讲课程：
基因操作原理 : 本科生专业基础课, 45学时,25人,2005/2006
微生物生物技术：研究生 专业课 , 3学时/周，2届, 83人。
现代生物学基础：本科生 专业基础课 ， 1.6学时/周, 1届，160人。
科研
情况 承担的科研项目：
①根瘤菌结瘤因子信号转导 , 10 万 , 学校专项 , 2004-2006 主持人
②Hsp90 分子伴侣蛋白的研究 , 2 万 , 合作研究 , 2004-2006 主持人
③植物细胞板形成过程中相关基因的分离及功能研究 , 17 万 , 国家自然科学基金 , 2001-2003, 主持人
④脯氨酸合成酶基因与水稻抗盐耐旱相关性研究 , 12 万 , 教育部骨干教师基金 , 2000-2002, 主持人
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