植物 U-box蛋白（plant U-box proteins, PUBs）属于 E3 泛素连接酶（ubiquitin-protein ligase），广泛存在于植物体内。PUBs 具有帮助其底物蛋白实现泛素化降解的功能，在植物生长发育过程中对抗生物胁迫与非生物胁迫起关键作用。近日，香饮所植物保护研究室在咖啡（罗布斯塔）和棉花（陆地棉）PUB基因功能研究方面取得新进展，研究结果为咖啡/棉花抗逆分子育种提供重要参考依据。
在咖啡中，利用生物信息学分析鉴定到47个PUB成员（如图1），并对其基因结构、保守motifs、顺式作用元件进行详细分析，分析结果表明CcPUBs可能参与到咖啡生长发育、激素调节、生物胁迫与非生物胁迫响应中；通过对RNA-seq数据及qRT-PCR进一步研究表明，干旱胁迫、低温胁迫、SA胁迫、炭疽病菌胁迫下CcPUB2、CcPUB24、CcPUB34、CcPUB40分别在叶片中高量表达；亚细胞定位结果显示，CcPUB2 和 CcPUB34 定位于细胞膜与细胞核中, CcPUB24 和 CcPUB40 定位于细胞核中。
植物PUB基因家族系统进化树
在棉花中，通过生物信息学、RNA-seq、WGCNA系统分析棉花ARM家族，鉴定到一个与抗黄萎病相关的PUB成员GhARM144（包含一个U-box和一个ARM结构域），在大丽轮枝菌、SA的诱导下，GhARM144在棉花根中高量表达；VIGS与转基因拟南芥结果显示，GhARM144负调控棉花对黄萎病的抗性；酵母双杂交、双分子荧光互补、荧光素酶实验结果显示GhARM144与GhOSM34在细胞膜上相互作用；GhOSM34沉默植株SA积累量下降，对黄萎病抗性减弱。上述实验表明，GhARM144与GhOSM34相互作用，通过调节SA合成进一步调节植株对黄萎病的抗性（如图2）。
GhARM144与GhOSM34相互作用模式图
研究成果以“Genome-wide identification and expression analysis of the U-box gene family related to biotic and abiotic stresses in Coffea canephora L.”为题发表在期刊《BMC Genomics》上，香饮所助理研究员刘世超，研究实习员柳瑞冰，中国农业大学生物学院陈鹏云博士为共同第一作者，香饮所孙世伟副研究员和河南农业大学植物保护学院赵晨晨副教授为论文通讯作者，郑州大学生命科学学院博士研究生陈国权、中国农业科学院蔬菜花卉研究所博士研究生张肖健对该论文发表提供了重要帮助；以“A systematic analysis of ARM genes revealed that GhARM144 regulates the resistance against Verticillium dahliae via interaction with GhOSM34”为题发表在期刊《Physiologia Plantarum》上，香饮所助理研究员刘世超，研究实习员柳瑞冰，郑州大学生命科学学院已毕业博士魏斐为共同第一作者，中国农业大学生物学院陈鹏云博士和河南农业大学植物保护学院赵晨晨副教授为论文通讯作者，华中农业大学植物科学技术学院博士研究生吕峻元、河南大学生命科学学院博士研究生李成对该论文发表提供了重要帮助。研究得到了海南省自然科学基金，中国热带农业科学院基本科研业务费等项目资助。
论文链接：
https://bmcgenomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12864-024-10745-w
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ppl.14259