11月15日，中國(guó)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(xì)胞學(xué)、生理學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)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(dǎo)的細(xì)胞死亡中起著至關(guān)重要的作用。

 

　　細(xì)胞程序性死亡（PCD）在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中普遍存在，是決定作物生長(zhǎng)和發(fā)育的重要過(guò)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(huì)對(duì)作物的品質(zhì)、產(chǎn)量帶來(lái)巨大的影響。因此，探索植物PCD背后的分子機(jī)制是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，與PCD相關(guān)的基因報(bào)道也屢見(jiàn)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(bào)道仍相對(duì)較少。

 

　　病斑突變體（LMMs）常用作研究植物PCD分子機(jī)制的材料。該研究團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)EMS誘變，克隆到一個(gè)病斑突變體基因ELL1。生理學(xué)和細(xì)胞學(xué)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(yán)重影響；同時(shí)在ell1突變體中發(fā)現(xiàn)有大量的H2O2積累和壞死細(xì)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(dá)上調(diào)，表明ell1突變體中積累了大量的ROS。此外，TUNEL和彗星實(shí)驗(yàn)表明ell1突變體中發(fā)生了嚴(yán)重的DNA降解和異常PCD，暗示過(guò)量的ROS積累會(huì)誘導(dǎo)DNA損傷和ROS介導(dǎo)的細(xì)胞死亡?？紤]到ELL1的突變會(huì)破壞葉綠體的結(jié)構(gòu)，并且葉綠體缺陷會(huì)導(dǎo)致ROS積累，最終觸發(fā)PCD，因此該研究認(rèn)為ELL1在ROS介導(dǎo)的細(xì)胞死亡中起重要作用。

 

 

 

　　綜上，該研究闡述了水稻中調(diào)控細(xì)胞死亡的一條新途徑，即ELL1通過(guò)影響葉綠體的發(fā)育來(lái)調(diào)控水稻中ROS的穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而觸發(fā)由ROS介導(dǎo)的細(xì)胞死亡。該研究豐富了我們對(duì)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(guó)家自然科學(xué)基金和浙江省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。崔元江博士、張強(qiáng)博士和西南科技大學(xué)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