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水稻（Oryza sativa L.）是全球一半以上人口的主要食物来源,保证水稻产量对于确保国家粮食安全具有重大意义。在水稻生产过程中,病虫害严重损害水稻的生长发育,是制约水稻产量的重要因素。水稻条纹叶枯病是水稻生产中的重要病害,它由水稻条纹病毒（rice stripe virus,RSV）侵染水稻引起,对我国水稻生产造成严重威胁。利用广谱抗性（broad-spectrum resistance,BSR）基因培育抗病品种是目前防控作物病害最经济和有效的手段。因此,挖掘新的广谱抗性基因并解析其调控机制,对于防控水稻条纹叶枯病等水稻病害具有重要意义。广谱抗性基因能够介导植物多种防卫过程,例如表观遗传调控、泛素化修饰介导的蛋白降解等。其中,泛素化修饰通过调控蛋白稳定性,在植物免疫过程中发挥着重要作用。因此,本研究以泛素化修饰过程中决定底物识别特异性的E3连接酶为研究对象,通过筛选调控RSV侵染植物寄主的E3连接酶并解析其调控机制,从而挖掘新的防控水稻条纹叶枯病等重要水稻病害的广谱抗性基因。通过对RSV侵染本氏烟10天时（days post inoculation,dpi）的转录组测序结果分析,发现RSV侵染后植物泛素化通路显著激活。通过筛选差异表达显著的E3连接酶,发现一个调控RSV侵染的E3连接酶Niben101Scf01611g03014.1在RSV侵染时能够激活该转录本上调,并且具有细胞核和微管定位,因此我们将其命名为NbMEL（Nicotiana benthamiana Microtubule-associated E3 Ligase）。基因同源性分析发现,NbMEL与人类MEKK1的N端高度同源,然而其在植物中的同源物功能还尚未报道。进一步我们构建了NbMEL转基因植物测试其在RSV侵染中的作用,结果显示过表达NbMEL能够抑制RSV侵染,而敲除NbMEL能够促进RSV侵染,这说明E3连接酶NbMEL能够响应并参与调控RSV侵染本氏烟。由于人类MEKK1能够调控人体免疫反应并诱导细胞凋亡,因此我们对植物中NbMEL能否调控植物免疫反应进行了探索。我们发现过表达NbMEL能够激活植物防卫反应,包括ROS积累、MAPK通路激活、PR基因上调表达,而敲除NbMEL后则相反。进一步研究发现NbMEL能够响应并参与调控灰霉菌侵染本氏烟。这些结果说明NbMEL能够调控植物防卫反应并且具有物种非特异性（species non-specific,SNS）广谱抗性。为了探索NbMEL调控机制,我们以NbMEL为诱饵,进行酵母双杂交文库筛选,发现NbMEL能够与植物丝氨酸羟甲基转移酶1（Nicotiana benthamiana serine hydroxymethyltransferase 1,NbSHMT1）互作,并用GST pull down试验以及双分子荧光互补（bimolecular fluorescent complimentary,Bi FC）试验确认了NbMEL与NbSHMT1互作。进一步研究证实了NbMEL能够促使NbSHMT1发生多聚泛素化修饰从而通过26S蛋白酶体通路降解。那么NbSHMT1是否与植物防卫反应相关。我们发现敲除NbSHMT1突变体能够诱导ROS积累、MAPK通路激活、PR基因上调表达,说明敲除NbSHMT1突变体能够激活植物防卫反应。通过在野生型本氏烟上分别接种RSV或灰霉菌后,观察发现接种后NbSHMT1含量显著下调。在敲除NbSHMT1突变体上接种RSV或灰霉菌后,发现敲除NbSHMT1能够显著抑制RSV或灰霉菌侵染。这些结果说明NbMEL-NbSHMT1蛋白模块能够响应并调控RSV和灰霉菌侵染本氏烟。为了解析E3连接酶NbMEL底物识别区,通过序列截短突变体并结合氨基酸保守性分析,发现NbMEL（207-229aa）决定NbMEL与NbSHMT1互作,并且在28个植物物种NbMEL同源基因的序列保守性分析中显示,NbMEL第216位至219位氨基酸都是高度保守,我们将其命名为YφNL motif。进一步研究发现NbMEL（m YφNL）突变体与NbSHMT1互作能力显著减弱,说明NbMEL通过YφNL motif识别NbSHMT1。并且NbMEL（m YφNL）突变体促使NbSHMT1蛋白发生多聚泛素化修饰及体内降解的能力显著减弱,NbMEL（m YφNL）突变体诱导植物防卫反应的能力显著减弱。另一方面,我们发现NbMEL自身互作。由于SWIM结构域属于类锌指结构域,通过对NbMEL的SWIM结构域三个半胱氨酸关键位点突变后发现NbMEL失去了自身互作的能力。利用还原剂二硫苏糖醇（Dithiothreitol,DTT）处理证实了NbMEL通过SWIM结构域中半胱氨酸形成分子间二硫键从而形成NbMEL二聚体。进一步研究显示NbMEL（m SWIM）突变体无法与NbSHMT1互作以及无法促使NbSHMT1蛋白发生多聚泛素化修饰和体内降解,NbMEL（m SWIM）突变体也无法诱导植物防卫反应。这些结果说明NbMEL通过SWIM结构域形成具有功能活性二聚体后,通过YφNL motif识别NbSHMT1,从而促使NbSHMT1发生多聚泛素化修饰并通过26S蛋白酶体通路降解,进而诱导植物防卫反应。通过对NbMEL进行序列同源性分析以及多重序列比对,我们发现MEL在植物中高度保守。进一步我们尝试在单子叶植物水稻中验证MEL-SHMT1蛋白模块能否调控水稻防卫反应及对病原物的广谱抗性。我们从水稻中克隆了OsMEL和OsSHMT1,发现OsMEL具有细胞核及微管定位,OsSHMT1具有线粒体定位。体外泛素化试验证实了OsMEL具有E3连接酶活性。进一步,我们利用Y2H试验以及Bi FC试验证实了OsMEL能够与OsSHMT1互作,并且OsMEL能够促使OsSHMT1发生多聚泛素化修饰从而通过26S蛋白酶体通路降解。遗传学试验结果显示OE-OsMEL和KO-Osshmt1转基因水稻能够诱导ROS积累,OE-OsMEL转基因水稻能够诱导PR基因上调表达以及存在ROS积累;而KO-Osmel和OE-OsSHMT1转基因水稻则相反,说明OsMEL-OsSHMT1蛋白模块能够调控水稻防卫反应。测试OsMEL-OsSHMT1蛋白模块对水稻生产中重要病害如稻瘟病、水稻白叶枯病以和水稻条纹叶枯病的抗性效果。结果显示,OE-OsMEL转基因水稻能够显著抑制稻瘟菌、稻黄单胞菌以及RSV侵染,而KO-Osmel及OE-OsSHMT1转基因水稻则相反,进一步说明了OsMEL-OsSHMT1蛋白模块能够调控水稻对稻瘟病、水稻白叶枯病及水稻条纹叶枯病的广谱抗性。综上,我们首次报道了植物中保守的广谱抗性基因MEL功能研究,并且证实了MEL-SHMT1蛋白模块通过调控植物防卫反应从而赋予单子叶和双子叶植物对多种病原物的广谱抗性。为利用广谱抗性基因MEL服务于农业生产提供理论依据。