水稻的粒型是决定水稻产量的重要因素，挖掘水稻粒型调控的基因，解析水稻粒型调控的分子机制网络，为水稻高产育种提供重要基因资源。近日，南京农业大学万建民院士和江玲教授团队在Plant Physiology在线发表了题为E3 ligase DECREASED GRAIN SIZE 1 promotes degradation of a G-protein subunit and positively regulates grain size in rice的研究论文，揭示了C3HC4型E3泛素连接酶DGS1通过介导G蛋白γ亚基RGG2的泛素化修饰与降解调控水稻粒型的新机制。
该团队在前期研究中鉴定到一个C3HC4型RING结构域的锌指蛋白DGS1，正调控水稻籽粒大小（Zhu et al., 2021）。后续研究显示DGS1通过内质网相关的蛋白降解途径降解错误折叠或未完全折叠的BRI1参与BR信号途径，从而调控水稻粒型（Li et al., 2023）。DGS1在小麦中的同源蛋白ZnF也被报道通过泛素化降解BR信号途径中的负调控因子BKI1从而正调控小麦的籽粒大小（Song et al., 2023）。虽然关于DGS1（ZnF）调控作物粒型的分子机制已有一定报道，但作为一个E3泛素连接酶，目前对于其粒型调控的底物的挖掘仅限于BR信号途径，DGS1是否参与到其他粒型调控的途径仍然未知。该研究首先通过体外泛素化实验进一步明确了DGS1的E3泛素连接酶活性，随后通过酵母双杂交筛库发现DGS1能与典型Gγ亚基RGG2互作，并利用Pull-down、BiFC、Co-IP等多种技术进行了验证。表型分析显示RGG2的过表达植株的籽粒明显变小，与DGS1的敲除植株表型类似，并且DGS1及RGG2均通过影响细胞扩张调节水稻籽粒大小。进一步生化实验发现DGS1通过其包含RING结构的胞内结构域与RGG2互作，而RGG2通过其1-54位氨基酸与DGS1互作；并且DGS1还与另一典型Gγ亚基RGG1也存在互作，而与非典型Gγ亚基DEP1、GGC2、GS3等均不互作，暗示DGS1特异地与典型Gγ亚基互作。泛素化实验及降解实验证实DGS1能够泛素化RGG2并介导其通过26S蛋白酶体途径降解，泛素化位点质谱分析揭示DGS1能够泛素化RGG2的K140、K145及S147位点，并且K140、K145及S147位点对于DGS1所介导RGG2的降解发挥至关重要的作用。综上所述，该研究不仅鉴定到了DGS1调控水稻粒型的新的泛素化底物，还揭示了水稻中典型Gγ亚基的转录后调控机制，进一步扩展了水稻粒型的调节网络。
郝栖贤博士为论文的第一作者，万建民院士、江玲教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、江苏省自然科学基金项目和生物育种钟山实验室项目的资助。https://doi.org/10.1093/plphys/kiae331
