近日，山东大学生命科学学院丁兆军教授团队在the plant cell 发表了题为“mac3a and mac3b mediate degradation of the transcription factor erf13 and thus promote lateral root emergence”的研究论文，揭示了生长素通过同步激活mpk14激酶和mac3a/3b泛素连接酶协同清除erf13，从而驱动侧根发生的分子机制。针对这个全新的发现，the plant cell 编辑rory osborne为该文专门刊发了题为“unerfing auxin-mediated degradation in the emerging lateral root”的短文。
侧根是植物根系的重要组成部分，在植物固着、养分吸收以及提供支撑和结构稳定性方面发挥着重要作用。侧根的发育过程受到环境因素、激素信号和遗传因素的调控，对根系结构和植物适应环境至关重要。因此，侧根发育分子调控机制的研究不仅是植物发育生物学重要的科学问题之一，也是解析植物环境适应机理的重要环节和切入点。山东大学生命科学学院丁兆军教授团队先前阐明了mpk14激酶在生长素诱导侧根发生中的关键角色（mol plant, 2021）：mpk14通过磷酸化降解erf13（侧根发育关键抑制子），从而促进侧根发生。但磷酸化“先行信号”如何驱动erf13降解依然未知。
为了揭示erf13响应生长素的降解机制，研究从鉴定erf13的互作蛋白入手（ip-ms），成功鉴定到和其互作的e3泛素连接酶mac3a/3b。结合组织表达模式分析，证实mac3a/3b在侧根发育的八个时期均有表达，暗示其可能参与侧根发生。
进一步的侧根表型分析证明mac3a/3b在侧根发生中发挥重要作用。结合重力处理（侧根发育同步化处理，便于精确分析侧根各个发育时期的表型），明确mac3a mac3b双突变体侧根减少的表型，主要来自于侧根原基（lrp）发育到第四时期后出现的发育停滞（无法突破内皮层）。这与报道过的erf13主要抑制lrp四五时期转变的功能完美对应，暗示mac3a/3b可能会在促进侧根发生的过程中，泛素化降解erf13。
进一步分析发现mac3a/3b虽然可以泛素化erf13，但需要满足一定的前提条件：即mpk14介导生长素信号对erf13的磷酸化修饰。大量生化证据证实mpk14对erf13的磷酸化修饰是增强erf13招募mac3a/3b并导致自身降解的关键信号。
此外，生长素不仅可以促进mac3a/3b转录，还能显著增强mac3a/3b的蛋白稳定性，从而协同促进了mac3a/3b在侧根原基处的蛋白积累，最终导致erf13快速清除和侧根发生。
mpk14和mac3a/3b协作解除erf13对侧根发生的抑制
山东大学生命科学学院于子鹏副研究员和曲兴珍硕士研究生为该论文的第一作者，丁兆军教授为通讯作者。青岛农业大学吕丙盛教授、聊城大学于倩倩博士、山东大学博士研究生李晓璇和隋佳璇参与了研究。本研究诚挚感谢李胜军研究员（青岛能源所）对植物材料的无私馈赠、白明义教授（山东大学）对rbifc载体的大力支持。本研究得到国家自然科学基金、山东省泰山学者专项基金的联合支持。
论文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koae047
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