11月15日，中國水稻研究所種質(zhì)創(chuàng)新課題組在The Plant Journal雜志在線發(fā)表了題為Disruption of EARLY LESION LEAF 1, encoding a cytochrome P450 monooxygenase, induces ROS accumulation and celldeath in rice 的研究論文。該研究基于細胞學、生理學和轉(zhuǎn)錄組學等分析，發(fā)現(xiàn)ELL1影響葉綠體的發(fā)育和功能，并在ROS介導的細胞死亡中起著至關(guān)重要的作用。
細胞程序性死亡（PCD）在植物生長發(fā)育過程中普遍存在，是決定作物生長和發(fā)育的重要過程 （Plant Biotechnology Journal, 2016）。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，作物有規(guī)律的PCD有利于籽粒的發(fā)育和成熟，而不受控制的PCD會對作物的品質(zhì)、產(chǎn)量帶來巨大的影響。因此，探索植物PCD背后的分子機制是當前的研究熱點，與PCD相關(guān)的基因報道也屢見不鮮，例如SPL29、SLP33、SPL35等 （Journal of Experimental Botany, 2015, 2017; Plant Biotechnology Journal, 2019），但關(guān)于調(diào)控PCD途徑的基因報道仍相對較少。
病斑突變體（LMMs）常用作研究植物PCD分子機制的材料。該研究團隊首先通過EMS誘變，克隆到一個病斑突變體基因ELL1。生理學和細胞學分析發(fā)現(xiàn)，該基因與葉綠體的發(fā)育和功能密切相關(guān)，與葉綠體相關(guān)的基因或蛋白在轉(zhuǎn)錄水平和蛋白水平上均受到嚴重影響；同時在ell1突變體中發(fā)現(xiàn)有大量的H2O2積累和壞死細胞存在。結(jié)合RNA-seq數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)與氧結(jié)合相關(guān)或與ROS清除相關(guān)的基因表達上調(diào)，表明ell1突變體中積累了大量的ROS。此外，TUNEL和彗星實驗表明ell1突變體中發(fā)生了嚴重的DNA降解和異常PCD，暗示過量的ROS積累會誘導DNA損傷和ROS介導的細胞死亡。考慮到ELL1的突變會破壞葉綠體的結(jié)構(gòu)，并且葉綠體缺陷會導致ROS積累，最終觸發(fā)PCD，因此該研究認為ELL1在ROS介導的細胞死亡中起重要作用。
綜上，該研究闡述了水稻中調(diào)控細胞死亡的一條新途徑，即ELL1通過影響葉綠體的發(fā)育來調(diào)控水稻中ROS的穩(wěn)態(tài)，進而觸發(fā)由ROS介導的細胞死亡。該研究豐富了我們對植物中PCD產(chǎn)生與ROS穩(wěn)態(tài)之間聯(lián)系的理解。
該研究得到國家自然科學基金和浙江省自然科學基金等項目資助。崔元江博士、張強博士和西南科技大學彭友林博士為論文共同第一作者。錢前院士和任德勇副研究員為共同通訊作者。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15079
日期：2020-11-18
細胞程序性死亡（PCD）在植物生長發(fā)育過程中普遍存在，是決定作物生長和發(fā)育的重要過程 （Plant Biotechnology Journal, 2016）。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，作物有規(guī)律的PCD有利于籽粒的發(fā)育和成熟，而不受控制的PCD會對作物的品質(zhì)、產(chǎn)量帶來巨大的影響。因此，探索植物PCD背后的分子機制是當前的研究熱點，與PCD相關(guān)的基因報道也屢見不鮮，例如SPL29、SLP33、SPL35等 （Journal of Experimental Botany, 2015, 2017; Plant Biotechnology Journal, 2019），但關(guān)于調(diào)控PCD途徑的基因報道仍相對較少。
病斑突變體（LMMs）常用作研究植物PCD分子機制的材料。該研究團隊首先通過EMS誘變，克隆到一個病斑突變體基因ELL1。生理學和細胞學分析發(fā)現(xiàn)，該基因與葉綠體的發(fā)育和功能密切相關(guān)，與葉綠體相關(guān)的基因或蛋白在轉(zhuǎn)錄水平和蛋白水平上均受到嚴重影響；同時在ell1突變體中發(fā)現(xiàn)有大量的H2O2積累和壞死細胞存在。結(jié)合RNA-seq數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)與氧結(jié)合相關(guān)或與ROS清除相關(guān)的基因表達上調(diào)，表明ell1突變體中積累了大量的ROS。此外，TUNEL和彗星實驗表明ell1突變體中發(fā)生了嚴重的DNA降解和異常PCD，暗示過量的ROS積累會誘導DNA損傷和ROS介導的細胞死亡。考慮到ELL1的突變會破壞葉綠體的結(jié)構(gòu)，并且葉綠體缺陷會導致ROS積累，最終觸發(fā)PCD，因此該研究認為ELL1在ROS介導的細胞死亡中起重要作用。
綜上，該研究闡述了水稻中調(diào)控細胞死亡的一條新途徑，即ELL1通過影響葉綠體的發(fā)育來調(diào)控水稻中ROS的穩(wěn)態(tài)，進而觸發(fā)由ROS介導的細胞死亡。該研究豐富了我們對植物中PCD產(chǎn)生與ROS穩(wěn)態(tài)之間聯(lián)系的理解。
該研究得到國家自然科學基金和浙江省自然科學基金等項目資助。崔元江博士、張強博士和西南科技大學彭友林博士為論文共同第一作者。錢前院士和任德勇副研究員為共同通訊作者。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15079
日期：2020-11-18
