叶片是植物最主要的光合器官，是植物生长能量和有机物质的主要来源地。以水稻为例，籽粒灌浆所需营养物质的60%～80%来自叶片光合作用。因此，叶片的功能直接影响着作物的最终产量和品质。研究表明，成熟期水稻功能叶片每延迟1天衰老，可增产1%左右。因此，研究叶片细胞死亡的分子机制具有重要的理论和实践意义。

      叶片细胞死亡过程既受病原菌入侵、干旱、营养缺乏、极端温度、紫外线等外部因素影响，也受到如ABA、SA、JA、乙烯、细胞分裂素等植物激素及活性氮（RNS）和活性氧（ROS）等其它小活性分子的调节。其中，一氧化氮（NO）是最重要的活性氮分子之一，广泛参与动植物生长发育和对逆境的耐受性。然而，对NO/RNS在水稻叶片死亡中的作用机制研究甚少。

     研究团队对380多份水稻早衰突变体进行大规模筛选，获得一批NO含量改变的叶片细胞死亡突变体。对NO大量积累的突变体noe1（nitric oxide excess 1）研究结果表明，强光条件下，水稻叶片中ROS清除剂过氧化物酶（Catalase）功能缺失，导致以H₂O₂为主的ROS浓度升高，诱导NO产生并引起多个调控程序化细胞死亡（PCD）蛋白质的亚硝基化修饰，促进细胞死亡，这一发现为RNS参与ROS诱导的细胞死亡过程提供了全新的注释（Plant Physiology, 2012，doi: 10.1104/pp.111.184531）。

对另一NO积累突变体noe2的研究发现了与noe1完全不同的叶片细胞死亡的分子机理。NOE2编码一个含有NB-ARC结构域的蛋白RLS1（Rapid Leaf Senescence 1)，是一类抗性（Resistance，R) 蛋白。植物R蛋白识别病原体后的一个典型特征是引起超敏反应（Hypersensitive Response, HR）型细胞死亡，同时伴随着ROS和RNS的积累。然而，目前对这一过程的分子机制仍知之甚少。进一步研究发现，RLS1功能获得突变（RLS1-D）触发了水稻中强光依赖的类超敏反应型细胞死亡（high-light dependent HR-like cell death)，且不依赖水杨酸（SA）的积累及NPR1（Nonexpressor of Pathogenesis Related Gene 1) 活性和RAR1（Required for Mla12 Resistance 1) 的功能。通过对RLS1激活抑制子（suppressors of RLS1 activation) 的筛选，克隆到Root Meander Curling（RMC）基因，RMC编码一个富含半胱氨酸的受体类分泌蛋白（Cysteine-rich Receptor-like Secreted Protein，CRRSP)，并作为RLS1结合蛋白发挥作用。有意义的是，RLS1和RMC共同表达导致亚细胞定位模式的改变，触发细胞死亡过程，导致抗氧化酶APX1活性的降低，从而揭示了一个NB-ARC-CRRSP信号模块调节水稻细胞氧化状态、细胞死亡过程和相关免疫反应（图 1）。

相关研究成果2022年10月5日在线发表在Plant Communications杂志(Doi:10.1016/j.xplc.2022.100459)，王义琴副研究员、博士研究生滕珍锋和已毕业李华博士为该论文共同第一作者，储成才研究员和唐九友副研究员为文章共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。

图 1：RLS1蛋白和RMC蛋白互作诱导细胞死亡机理

推荐阅读：

Wang Y^#, Teng Z^#, Li H^#, Wang W, Xu F, Sun K, Chu J, Qian Y, Loake GJ, Chu C^*, and Tang J^* (2022) An activated form of NB-ARC protein RLS1 functions with cysteine-rich receptor-like protein RMC to trigger cell death in rice. Plant Communications. Doi:10.1016/j.xplc.2022.100459.

Liang C^#, Wang Y^#, Zhu Y, Tang J, Hu B, Liu L, Ou S, Wu H, Sun X, Chu J, and Chu C* (2014) OsNAP connects abscisic acid and leaf senescence by fine tuning abscisic acid biosynthesis and directly targeting senescence-associated genes in rice. Proceedings of the National Academy of Sciences of USA, 111(27): 10013-10018. [高被引论文]

Wang Y, Loake GJ, Chu C (2013) Cross-talk of nitric oxide and reactive oxygen species in plant programed cell death. Frontier in Plant Science. 4: 314.

Lin A^#, Wang Y^#, Tang J^#, Xue P, Li C, Liu L, Hu B, Yang F, Loake GJ, Chu C (2012) Nitric oxide and protein S-nitrosylation are integral to hydrogen peroxide induced leaf cell death in rice, Plant Physiology. 158: 451-464 (^#co-first authors) [高被引论文]