植物是地球上主要的能量来源，但经常受到来自环境的多重威胁，其中昆虫导致的全球作物产量损失达15%。为了应对昆虫的攻击，植物进化出了多种防御反应，其中茉莉酸（jasmonates，JA）被认为是植物防御的主要调控因子。具有活性的茉莉酸-异亮氨酸（jasmonyl-isoleucine，JA-Ile）被受体COI1感知，并触发JAZ抑制子的降解，从而释放下游MYC2转录因子，激活JA信号。然而，目前对于其他途径是否参与调控JAZ蛋白的稳定性知之甚少。

2024年2月9日，Molecular Plant在线发表了浙江大学农业与生物技术学院喻景权院士课题组题为“The MYC2-PUB22-JAZ4 module plays a crucial role in jasmonate signaling in tomato”的研究论文，揭示了E3泛素连接酶PUB22通过泛素化降解JAZ4蛋白激活JA信号，同时受到激活的MYC2通过转录调控进一步促进PUB22的表达，在JA信号中形成正反馈调节通路的分子机制。

图1 PUB22正调控植株抗虫性

为了研究PUB在植物昆虫防御中的功能，作者首先分析了模拟虫害后PUB基因的转录本变化，发现大部分PUB基因受到虫害的诱导表达。进一步通过检测PUB基因沉默及敲除植株的抗虫性，发现PUB22正调控植物对昆虫的防御反应（图1）。

图2 PUB22通过泛素化促进JAZ4的降解

为了探究PUB22调控植物抗虫性的作用机制，作者利用酵母双杂交筛选鉴定到一个候选互作蛋白，JA信号抑制子JAZ4。进一步通过多种蛋白-蛋白互作实验证实了PUB22与JAZ1/3/4/6蛋白互作，而COI1与JAZ1/2/5/7相互作用。利用体内外泛素化实验发现PUB22促进JAZ4的泛素化。进一步分析发现PUB22促进JAZ4蛋白依赖于26S蛋白酶体途径的降解，且虫害诱导的JAZ4降解受到PUB22的直接调控而不是COI1（图2）。

JAZ通常在JA反应和植物防御中起负调节作用，为明确JAZ1/3/4/6在番茄抵御虫害中的作用，作者构建了jaz4单突变体及jazQ（jaz1 jaz3 jaz4 jaz6 quadruple）四突变体并发现JAZ的突变增强了植株的抗虫性，且在jazQ四突中更为明显。遗传学分析发现JAZ4的突变部分缓解了pub22突变体对昆虫攻击的敏感性。

进一步地，作者发现虫害诱导的PUB22转录本在JA信号缺失和增强突变体中分别减少和增加。序列分析发现PUB22基因启动子区域存在MYC2转录因子的结合位点。作者利用多种转录调控相关实验证明了MYC2可以直接结合PUB22的启动子并促进其表达，进一步增强JA信号。JA信号对于植物对坏死性病原体感染、冷冻和渗透胁迫的响应以及各种发育过程（如花青素积累、初生根发育、毛状体形成和雄性繁殖力）也是必不可少的。为了进一步研究PUB22-JAZ4模块在多种JA响应过程中的作用，作者检测了pub22、jaz4及pub22 jaz4突变体的灰霉病抗性、MeJA处理后的初生根长及花青素含量。结果显示，PUB22的缺失增加了植物对灰霉病的易感性，减弱了JA诱导的初生根长抑制及花青素积累，而这些JA响应在很大程度上被JAZ4的突变所缓解，表明PUB22-JAZ4广泛参与多种JA响应过程（图3A-G）。

图3 PUB22-JAZ4调控多种JA响应过程

综上，作者提出了MYC2-PUB22-JAZ4模块在JA信号中的工作模型（图3H）。

浙江大学农业与生物技术学院喻景权课题组博士生吴少芳和浙江大学海南研究院助理研究员胡超轶为论文共同第一作者，喻景权教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和中国现代农业产业技术研究体系等项目的资助。