可逆泛素化：植物免疫系統的隱藏開關

圖片作者：ChatGPT、老葉

植物細胞內有所謂的NLR（nucleotide-binding leucine-rich repeat）免疫受體。這些受體可單獨或成對運作，以偵測病原體效應蛋白並啟動免疫反應（ETI, effector-triggered immunity）。

它們可以透過直接與效應蛋白結合，或監測由效應蛋白修飾的「受監控」蛋白或「誘餌」蛋白的出現，來啟動植物的免疫反應。

舉例來說，阿拉伯芥有RRS1/RPS4系統。其中的RRS1具有WRKY整合結構域，用來幫助小芥識別細菌效應蛋白AvrRps4與PopP2。

在沒有效應蛋白存在時，RRS1與RPS4會形成一個穩定的複合體。當效應蛋白與RRS1結合後，RRS1會發生變形，接著活化RPS4來啟動免疫反應。

雖然已經知道如何活化這個系統，但是在沒有效應蛋白存在時，小芥如何維持RRS1/RPS4複合體的穩定，以防止引發自體免疫反應呢？

研究團隊想，一定有什麼機制負責穩住這個複合體吧！

為了要找到這個機制，研究團隊進行實驗篩選與RRS1/RPS4複合體有互動的蛋白。結果找到了一個被他們稱為「RARE」（RRS1-associated RING-type E3 ligase）的E3泛素連接酶。

研究團隊發現，RARE可以與RRS1的WRKY結構域直接結合將RRS1泛素化後，再透過26S蛋白酶體途徑促進RRS1分解。由於RRS1能穩定RPS4，因此當RARE把RRS1送去「碎屍萬段」時，當然也就間接降低了RPS4的蛋白質水平，使複合體數量減少，這麼一來，就比較不會擦槍走火了。

除了RARE，研究團隊還找到兩個去泛素化酶（DUBs）UBP12/UBP13。他們發現，UBP12與UBP13可移除RARE在RRS1上的泛素標記，從而穩定RRS1/RPS4複合體。

當UBP12/UBP13表現量上升時，RRS1和RPS4的累積量增加，植物對病原菌的抗性就上升了。

所以，透過E3泛素連接酶RARE與去泛素化酶UBP12/UBP13的拮抗作用，小芥得以調節RRS1/RPS4複合體的狀態，避免過度活化免疫反應。

那麼，病原菌的效應蛋白是如何影響這些蛋白質的互動呢？

研究團隊發現，當RRS1 與這些病原菌效應蛋白（如 AvrRps4 或 PopP2）結合後，會 造成RARE 與 RRS1 的互動減弱，導致 RARE 無法有效泛素化 RRS1。這造成RRS1累積，於是RRS1/RPS4 複合體變得穩定，造成免疫反應上升。

他們也發現，病原體效應蛋白會誘導 UBP12 和 UBP13 累積。也就是說，它們在病原菌入侵時的表現量會上升，以對抗 RARE 造成的 RRS1 分解。

所以，平常狀態時，RARE透過與RRS1互動，讓RRS1泛素化後送到26S蛋白酶體分解，使RRS1/RPS4 複合體減少，減少「不小心」活化的機會。

當病菌入侵時，RRS1 與病原菌效應蛋白結合，使RARE 與 RRS1 的互動減弱，於是RARE 無法有效泛素化 RRS1。RRS1/RPS4 複合體變得穩定，造成免疫反應上升。

總而言之，植物透過調節RRS1的泛素化與去泛素化，讓免疫反應變得「進可攻，退可守」，很厲害呢！

參考文獻：

Chen, Z., Huang, J., Li, J. et al. Reversible ubiquitination conferred by domain shuffling controls paired NLR immune receptor complex homeostasis in plant immunity. Nat Commun 16, 1984 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57231-9