干旱胁迫严重制约着植物的生长发育，并导致世界范围内作物减产。为应对日益严重的干旱胁迫，解析植物抗旱机理选育耐旱作物迫在眉睫。干旱胁迫导致包括过氧化氢(H2O2) 在内的活性氧 (ROS) 失衡，影响植物的生长发育。过氧化氢酶 (CAT) 可以靶向H2O2分解从而维持体内活性氧稳态。解析过氧化氢酶的调控机制，有利于深入明晰活性氧平衡植物生长发育和环境耐受性的分子机理，对提高农作物耐旱性和保障世界粮食安全具有重要意义。。
近日，JIPB在线发表了中国科学院华南植物园邓书林课题组题为“Arabidopsis CIRP1 E3 ligase modulates drought and oxidative stress tolerance and reactive oxygen species homeostasis by directly degrading catalases”的研究论文(https://doi.org/10.1111/jipb.13845)，在本研究中，研究人员以过氧化氢酶2 (Catalase 2，CAT2) 为诱饵，通过酵母文库筛选的方法发现一个RING型E3泛素连接酶，命名为CIRP1 (Catalase Interacting RING Protein 1)，并验证了CIRP1与CAT2/CAT3存在相互作用 (图1A)。其N端包含一个C3H2C3类RING结构域，C端包含有一个参与蛋白相互作用的vWA结构域。CIRP1具有E3泛素连接酶活性，可以泛素化修饰CAT2和CAT3 (图1B)；进一步的实验证明CIRP1所介导的CAT2和CAT3的泛素化修饰可以促进CAT2和CAT3通过26S蛋白酶体途径降解 (图1C和D)。
图1. CIRP1泛素化修饰并降解CAT2/CAT3CIRP1在干旱胁迫和氧化胁迫条件下被显著下调表达。在干旱和氧化胁迫下，CIRP1基因的缺失会提高拟南芥主根生长和植株存活率；而CAT2或CAT3基因的缺失则会降低拟南芥主根生长和植株存活率；且cirp1-1/cat2-1或cirp1-1/cat3-10双突变体的表型均与对应的cat2-1或cat3-10单突变体的表型一致 (图2)，表明干旱和氧化胁迫下CIRP1在CAT2和CAT3的上游发挥功能。CIRP1基因的缺失并不会改变CAT2和CAT3的转录水平；但会促进过氧化氢酶的总酶活升高并抑制活性氧的积累。综上所述，该研究发现CIRP1促进CAT2和CAT3蛋白降解负调控植物对干旱和氧化胁迫耐受性 (图3)。
图2 CIRP1依赖于CAT2和CAT3负调控植物对干旱和氧化胁迫耐受性
图3 CIRP1靶向CAT2/CAT3降解负调控植物对干旱和氧化胁迫耐受性模式图
中国科学院华南植物园博士后杨恒和副研究员张艺为该论文的共同第一作者；中国科学院华南植物园邓书林研究员为本论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金 (32170304和32070340) 和广东省自然科学基金 (2022A1515012572)资助。
文章引用：
Yang H, Zhang Y, Lyu S, et al. (2025). Arabidopsis CIRP1 E3 ligase modulates drought and oxidative stress tolerance and reactive oxygen species homeostasis by directly degrading catalases. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13845
