叶绿体细胞色素f在水稻中诱导细胞程序性死亡的分子机制

前期研究证明叶绿体细胞色素f（Cytf）具有激活核酸酶OsNuc37、诱导水稻悬浮细胞程序性死亡PCD中DNA片段化的功能。本项目拟利用水稻无细胞体系和衰老叶片，具体研究Cytf诱导PCD的分子机制：分析衰老叶片中Cytf的迁移状况，及其与叶绿体光合电子传递、活性氧及ATP含量、质体球分布间的联系；通过液相层析结合GST-pull down鉴定与Cytf相互作用的细胞质蛋白，体外检测Cytf对水稻类Caspase-3活性的诱导，分析类Caspase-3与OsNuc37活性和DNA片段化间的关系；比较植物Cytf、Cytc与人类Cytc的序列及结构差异，为Cytf的作用方式提供佐证。目前关于叶绿体Cytf参与植物PCD的报道很少，具体的分子机制仍为未知。本项目系统研究Cytf诱导DNA片段化的途径和作用方式，研究成果有助于理解叶绿体介导PCD的分子基础，在调控叶片衰老方面具有重要的应用价值。

细胞色素F可以显著激活PCD的标志性蛋白酶caspase-3和核酸内切酶OsNuc37的活性，并诱导染色体DNA断裂。 水稻悬浮细胞中受细胞色素f诱导的caspase-3活性可以被MG132显著抑制，提示该活性来自26S蛋白酶体。体内实验证实，细胞色素f在原生质体细胞质中的条件表达同样可以诱导caspase-3活性及DNA 片段化，而且激活效应强于体外实验下的结果。荧光标记结合流式细胞分析显示，细胞色素f在细胞质中的条件表达显著促进原生质体的程序性死亡。我们进一步利用酵母双杂交体系发现细胞色素f可能的互作蛋白是泛素蛋白酶体系统UPS的亚基E3泛素连接酶和RPN9b。上述研究结果细胞色素f在特定生理时期自叶绿体进入细胞质后，可以通过与UPS相互作用激活或挽救caspase-3活性，最终导致PCD的发生。研究成果丰富了对细胞色素f生物学功能的认识，有助于深入理解叶绿体介导植物PCD的分子机制，尤其是活性氧以外的调控途径。同时在调节叶片衰老以延长光合功能期，提高农作物的品质及产量方面具有重要的理论指导意义。. 扩展了研究内容，研究了涝渍胁迫诱导玉米叶片衰老的蛋白质组学、水稻受体蛋白激酶OsRPK1通过调控生长素极性运输影响叶片衰老的分子途径、水稻内质网胁迫与细胞程序性死亡的转换机制等。以通讯作者发表或已投稿SCI收录论文5篇，均标注受本基金项目资助，单篇影响因子大于5。