蛋白亚硝基化在水稻叶片早衰中的作用机理研究

叶片早衰是影响水稻产量的主要因素之一，而解决早衰的关键是全面了解叶片细胞死亡启动的分子机制,从而制定延缓叶片衰老的策略。动物中的研究证明，蛋白亚硝基化是细胞凋亡的主要调控方式之一，但是植物中的亚硝基化研究刚刚起步，亚硝基化对水稻叶片细胞死亡的调控机理研究目前尚未见有报道。申请人从本课题组的水稻突变体库中筛选了380多个水稻叶片早衰突变体，并通过NO/SNO含量测定筛选出与NO信号途径和蛋白亚硝基化调控相关的突变体21个。本项目拟以其中一份突变体noe1为材料，在图位克隆NOEl的基础上，分析突变体中NO与ROS和植物激素等其他信号分子在细胞程序化死亡激活中的相互作用；NOE1与NO代谢关键酶OsGSNOR的关系；noe1突变体中亚硝基化蛋白组的变化特征；从而诠释亚硝基化这种蛋白翻译后调控在植物叶片衰老中的作用机理，对将来解决早衰问题并保证水稻稳定高产具有重要意义。

水稻叶片早衰问题是影响产量的主要因素之一，而解决这个问题的关键是全面了解叶片细胞死亡启动的分子机制,才有可能创造延缓叶片衰老的方法。本课题组从独立创制的水稻突变体库中收集了380多个水稻叶片早衰或类病斑突变体，并通过NO/SNO含量测定筛选出与NO代谢途径和蛋白亚硝基化调控相关的突变体共19个，为本项目的实施奠定了基础。本项目试图从中克隆至少两个突变基因并对它们的功能进行详细研究，分析突变体中NO/SNO与ROS和其他信号分子在细胞死亡启动中的相互作用，目的基因与NO代谢关键酶GSNOR的关系以及突变体中亚硝基化蛋白组的变化特征，从而诠释亚硝基化这种蛋白翻译后调控在植物叶片衰老中的作用机理。. 本研究按照计划顺利进行，通过对获得的noe1突变体和叶片早衰突变体ps1-d进行研究，我们对叶片死亡和衰老的过程有了更深入的了解。NOE1编码过氧化氢酶，强光条件下，功能损伤的NOE1基因不能清除光氧化诱导产生的H2O2，从而导致H2O2积累；积累的H2O2激活NIA1和NIA2基因表达，增加NR活性，导致NO的累积。积累的NO对蛋白质进行亚硝基化，激活一些蛋白质的活性（如: GADPH，Thioredoxin），最终导致叶片细胞死亡。另外一个基因OsNAP的表达与植物叶片年龄依赖性的早衰起始密切相关。OsNAP正调控叶片衰老相关的基因是通过直接调控来实现的，即结合到叶绿素降解和营养物质运输以及其他与衰老相关基因的启动子区域。研究表明，OsNAP是水稻中叶片衰老启动的一个理想的标记基因。OsNAP受脱落酸（ABA）的明显诱导表达，而在ABA合成突变体aba1和aba2中，其表达都受到了明显的抑制。此外，在ps1-d突变体ABA含量明显降低，说明OsNAP对ABA的生物合成有反馈抑制作用。我们的研究结果表明，OsNAP是ABA和叶片衰老之间的一个重要的链接点。更为重要的是，降低OsNAP在水稻叶片中的表达会导致叶片衰老延迟，灌浆期延长，最终导致两个RNAi株系产量分别增加6.3%和10.3%，这种增产的结果还是非常明显的。因此，通过调控OsNAP的表达可以作为延迟水稻叶片衰老并进一步提高水稻产量的有效策略。总之，我们的研究分析了在植物细胞死亡过程中信号传递的不同过程，圆满完成本项目的任务原来既定的研究两个细胞死亡相关基因的目标！