调控水稻类病斑细胞死亡及抗病应答的色氨酸代谢链的研究

Tryptophan metabolic pathway plays an important role in regulating plant development, abiotic stress responses, and pathogen defense responses. However, many details of the molecular mechanisms remain to be elucidated. In preliminary works, we identified a rice mutant in which an OASA2 gene was defective, resulting in lesion mimic cell death phenotype. OASA2 is a gene coding for the α-subunit of a key enzyme anthranilate synthase for the first step in the biosynthesis of tryptophan. In this project, we propose to detailed study functions of OASA2 in regulating tryptophan metabolism, lesion mimic cell death, and defense responses in rice. We will use CRISPR-Cas9 gene editing or RNAi suppression technology to further characterize the functions of genes of key enzymes in the Chorismate→Tryptophan→Serotonin pathway in regulating cell death and defense response in rice. Findings from this project will reveal new functional nodes in tryptophan metabolic pathway, which will contribute to understand the mechanisms undelying cell death and defense responses in rice.

色氨酸代谢途径对植物生长发育、逆境胁迫响应及抗病应答等均具有重要的调控作用，但其作用机制的许多环节仍有待阐明。在前期研究中，本课题组通过图位克隆首次发现，调控色氨酸生物合成第一步反应的关键基因OASA2的功能缺失，导致水稻产生类病斑细胞死亡。本项目将进一步详细研究OASA2的生物学功能，解析其调控水稻色氨酸代谢、水稻类病斑细胞死亡及抗病应答的机制。同时将应用基因编辑CRISPR-Cas9定点敲除技术或RNAi抑制技术，研究从分枝酸→色氨酸→血清素整个代谢链各个关键代谢酶基因的功能，明确调控水稻类病斑细胞死亡及抗病应答的色氨酸代谢途径功能节点。项目实施将促进对水稻细胞死亡及抗病应答机制及其分子作用网络的理解，具有重要理论意义。

色氨酸代谢途径对植物生长发育、逆境胁迫响应及抗病应答等均具有重要的调控作用，但其作用机制的许多环节仍有待阐明。本课题通过研究色氨酸生物合成第一步反应的关键基因OASA2的生物学功能，解析其调控水稻色氨酸代谢、水稻类病斑细胞死亡及抗病应答的机制。应用CRISPR-Cas9基因编辑技术，初步研究了从分枝酸→色氨酸→血清素代谢链关键酶基因，及其在水稻生长发育、抗病应答等方面的功能。同时结合创制水稻类病斑突变体，研究水稻细胞坏死和抗病应答的本质。研究结果表明，OASA2主要在水稻叶片表达，其蛋白产物定位于叶绿体中。OASA2的突变会导致5-羟色胺的累积，表现出对稻瘟病抗性增强。通过RNA-seq转录组分析，获得一系列在OASA2突变背景中差异表达显著的代谢通路及相关基因。从分枝酸→色氨酸→血清素的代谢途径中，有部分酶基因的突变，如sl，会导致色氨酸途径代谢及抗病应答的变化。本研究还初步揭示了一个SDR家族基因调控水稻类病斑细胞死亡及抗病应答的代谢基础。研究结果有利于促进对水稻细胞死亡及抗病应答机制及其分子作用网络的理解，具有重要的理论意义。