储成才的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/储成才 中国科学院遗传发育所研究员,主要从事植物分子生物学研究

博文

王义琴博士Plant Communications文章: 揭示水稻叶片细胞死亡新机制

已有 1416 次阅读 2022-10-8 22:11 |个人分类:佳作欣赏|系统分类:科普集锦

      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ABASAJA、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noe1nitric 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, 2012doi: 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RLS1Rapid Leaf Senescence 1),是一类抗性(ResistanceR) 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ROSRNS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NPR1Nonexpressor of Pathogenesis Related Gene 1) 活性和RAR1Required 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 CurlingRMC)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 ProteinCRRSP),并作为RLS1结合蛋白发挥作用。有意义的是,RLS1RMC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2022105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。

1RLS1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]



https://blog.sciencenet.cn/blog-2351-1358582.html

上一篇:储成才人民日报文章——推动生物农业高质量发展
下一篇:马彪教授 JIPB 特邀综述: 氮素营养与乙烯互作研究进展
收藏 IP: 125.88.24.*| 热度|

2 孟祥兵 高建国

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2023-2-2 18:48

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部