内质网是蛋白质折叠与修饰的关键场所。高温等逆境胁迫下，内质网中容易积累错误折叠的蛋白质，从而触发未折叠蛋白应答（Unfold protein response, UPR）以及内质网相关蛋白降解（ER associated protein degradation, ERAD）机制，以降低内质网错误折叠蛋白积累的水平。信号肽肽酶（SPPs）在哺乳动物的信号肽膜内蛋白水解中发挥着关键作用。然而，它们在植物中的功能仍知之甚少。
近日，浙江大学生命科学学院刘建祥教授团队在国际权威期刊Nature Communications在线发表了题为Signal peptide peptidase like proteases OsSPPL1 and OsSPPL2 facilitate ER-associated protein degradation in rice的研究论文，揭示了两个类信号肽肽酶OsSPPL1和OsSPPL2在水稻ERAD中的关键功能及其与高温抗性的关系。
正常条件下，OsSPPL1/2双突变体与野生型无明显差异。经内质网胁迫诱导剂衣霉素处理，双突体表现出生长缺陷，根长、株高、鲜重都显著下降，过表达植株则抗性增强。转录组数据表明基因OsSPPL1/2的缺失严重影响内质网蛋白质加工及折叠途径。上述结果初步说明OsSPPL1/2正向调控内质网蛋白稳态。为了进一步解析OsSPPL1/2如何发挥功能，通过膜系统酵母双杂交发现与ERAD途径HRD1复合体成员DER1，DER2相互作用，并通过Pull-down，BiFC等实验证实了两者互作。同时，团队开发了一个全新的ERAD底物ZmFL2m-GFP, 将玉米Floury2的信号肽切割位点进行定点突变(ZmFL2m)并融合GFP，使其滞留于内质网膜，诱导内质网胁迫。烟草瞬时表达OsSPPL1/2可显著降低ZmFL2m-GFP蛋白丰度。将ZmFL2m-GFP导入OsSPPL1/2双突或过表达材料中，OsSPPL1/2双突变体中ZmFL2m-GFP过度累积，过表达OsSPPL1/2有助于降解ZmFL2m-GFP。上述结果均说明OsSPPL1/2可促进ZmFL2m-GFP底物降解，从而缓解内质网胁迫。另外，OsSPPL1/2的表达受到内质网胁迫的诱导，该过程由UPR的关键调控因子OsbZIP50直接调控，该结果表明UPR与ERAD紧密关联。
高温是近些年水稻农业生产中的环境胁迫因素，容易导致蛋白无法正确折叠，引起内质网胁迫。团队进一步研究了OsSPPL1/2在水稻高温抗性中的作用。苗期高温处理，OsSPPL1/2双突存活率显著降低，过表达植株则抗性增强。生殖期阶段高温处理，OsSPPL1/2过表达植株表现出更更高的结实率。田间试验也初步表明OsSPPL1/2过表达植株有更强的高温抗性和产量。
综上所述，该研究揭示了植物ERAD途径的新成员，阐明了OsSPPL1/2在调控内质网蛋白稳态方面的作用机制，强调了ERAD在植物耐热性中的重要性，为水稻高温抗性育种提供理论基础。
浙江大学生命科学学院特聘研究员芦海平为第一作者，研究生徐舰航，常嘉馨，罗惠丹等参与该项研究工作。浙江大学生命科学学院刘建祥教授和芦海平为论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-026-72830-w
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