揭示水稻细胞程序性死亡和免疫调控新机制

1月18日,中国农业科学院中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室曹立勇研究团队与植保所植物病虫害生物学国家重点实验室合作的研究成果“OsCUL3a Negatively Regulates Cell Death and Immunity by Degrading OsNPR1 in Rice”在植物学领域国际权威期刊The Plant Cell在线发表,论文揭示了水稻细胞程序性死亡(Programmed cell death, PCD)和免疫调控的新机制。

水稻稳产性对保障粮食安全极为重要。稻瘟病和白叶枯病是水稻的主要病害,严重危害水稻安全生产。深入开展水稻抗病性分子机制研究,推动高抗水稻新品种分子改良是解决此问题的根本方法。PCD是植物最典型的防卫应激反应,在抵御病原菌侵染过程中发挥关键作用。水稻体内,泛素/26S蛋白酶体系统参与对PCD和抗病性的紧密调控。OsNPR1蛋白是介导水稻PCD和抗病性关键因子;过表达OsNPR1能显著提升转基因植株对稻瘟病菌和白叶枯病菌的抗性,同时导致自发性细胞死亡表型。但其在水稻体内调控的分子机理尚不清楚。

此项研究在EMS诱变水稻品种ZH11种子而获得的突变体库中发现一个类病斑突变体。该突变体表现出细胞程序性死亡表型,同时显著提高了对稻瘟病菌和白叶枯病菌的抗性。图位克隆和遗传互补实验结果显示,细胞死亡和广谱抗病性表型由OsCUL3a蛋白的提前终止引起。OsCUL3a与OsRBXs在体内互作形成Cullin-Ring类复合亚基E3泛素连接酶并通过靶向降解OsNPR1而负调控水稻细胞程序性死亡和免疫应激反应。本研究首次在遗传和生化水平上对水稻OsCUL3a-OsRBX1类E3泛素连接酶开展系统研究,成果丰富了植物中CUL3蛋白的调控机制。OsCUL3a-OsNPR1蛋白调控水稻程序性细胞死亡和免疫的分子机制研究结果,进一步丰富了影响水稻类病斑突变的分子理论体系,可为高抗水稻分子育种提供新的理论切入点。

该课题得到国家转基因重大专项、中国农科院创新工程、国家自然科学基金及中国科协青年托举人才项目的资助。博士研究生刘群恩、宁约瑟副研究员和张迎信副研究员是文章的共同第一作者,曹立勇研究员、程式华研究员以及王国梁研究员为共同通讯作者。

原文链接:http://m.plantcell.org/content/early/2017/01/18/tpc.16.00650