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科技创新进展:发现水稻P450家族基因调控细胞死亡新机制 
作者:重点实验室
来源:中国水稻研究所
发布时间:2020-11-18

11月15日,我所种质创新课题组在The Plant Journal杂志在线发表了题为Disruption of EARLY LESION LEAF 1, encoding a cytochrome P450 monooxygenase, induces ROS accumulation and celldeath in rice 的研究论文。该研究基于细胞学、生理学和转录组学等分析,发现ELL1影响叶绿体的发育和功能,并在ROS介导的细胞死亡中起着至关重要的作用。

细胞程序性死亡(PCD)在植物生长发育过程中普遍存在,是决定作物生长和发育的重要过程 (Plant Biotechnology Journal, 2016)。在农业生产中,作物有规律的PCD有利于籽粒的发育和成熟,而不受控制的PCD会对作物的品质、产量带来巨大的影响。因此,探索植物PCD背后的分子机制是当前的研究热点,与PCD相关的基因报道也屡见不鲜,例如SPL29、SLP33、SPL35等 (Journal of Experimental Botany, 2015, 2017; Plant Biotechnology Journal, 2019),但关于调控PCD途径的基因报道仍相对较少。

病斑突变体(LMMs)常用作研究植物PCD分子机制的材料。该研究团队首先通过EMS诱变,克隆到一个病斑突变体基因ELL1。生理学和细胞学分析发现,该基因与叶绿体的发育和功能密切相关,与叶绿体相关的基因或蛋白在转录水平和蛋白水平上均受到严重影响;同时在ell1突变体中发现有大量的H2O2积累和坏死细胞存在。结合RNA-seq数据,发现与氧结合相关或与ROS清除相关的基因表达上调,表明ell1突变体中积累了大量的ROS。此外,TUNEL和彗星实验表明ell1突变体中发生了严重的DNA降解和异常PCD,暗示过量的ROS积累会诱导DNA损伤和ROS介导的细胞死亡。考虑到ELL1的突变会破坏叶绿体的结构,并且叶绿体缺陷会导致ROS积累,最终触发PCD,因此该研究认为ELL1在ROS介导的细胞死亡中起重要作用。


综上,该研究阐述了水稻中调控细胞死亡的一条新途径,即ELL1通过影响叶绿体的发育来调控水稻中ROS的稳态,进而触发由ROS介导的细胞死亡。该研究丰富了我们对植物中PCD产生与ROS稳态之间联系的理解。

该研究得到国家自然科学基金和浙江省自然科学基金等项目资助。崔元江博士、张强博士和西南科技大学彭友林博士为论文共同第一作者。钱前院士和任德勇副研究员为共同通讯作者。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15079

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