11月17日，中國水稻研究所種質(zhì)創(chuàng)新課題組在國際學(xué)術(shù)期刊Journal of Experimental Botany在線發(fā)表了題為“The Rice LRR-Like1Protein YELLOW AND PREMATURE DWARF 1 is Involved in High Light-Induced LeafSenescence”的研究論文。該論文通過圖位克隆及各種遺傳學(xué)分析首次克隆了一個(gè)水稻LRR-Like1編碼基因，并揭示了LRR樣蛋白與植物葉綠體降解和衰老的相互關(guān)系。

 

　　LRR （leucine-rich repeat）是一個(gè)由20-30個(gè)氨基酸組成的富含亮氨酸的重復(fù)序列，包含兩個(gè)或多個(gè)LRR串聯(lián)重復(fù)序列的蛋白質(zhì)和結(jié)構(gòu)域構(gòu)成LRR超家族，具有多種功能，如細(xì)胞粘附和信號傳遞、細(xì)胞外基質(zhì)組裝、血小板聚集、神經(jīng)元發(fā)育、RNA處理、病原菌對宿主細(xì)胞的粘附和入侵、植物的抗病性和病原識別等。但LRR樣蛋白與植物葉片衰老的相互關(guān)系在植物，尤其是水稻中尚缺乏研究。

 

　　前期，作者從EMS突變體庫中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)苗期黃化，抽穗期早衰的等位突變體，命名為yellow andpremature dwarf 1 （ypd1）。該突變體在強(qiáng)光下會(huì)加速細(xì)胞死亡和衰老。

 

　　圖位克隆結(jié)果表明ypd1突變表型是由LOC_Os06g13050上發(fā)生的移碼突變引起。RGAP預(yù)測LOC_Os06g13050編碼一個(gè)過氧化物酶（PAO）家族蛋白。以該基因第一外顯子上的一段序列為靶點(diǎn)，構(gòu)建的定點(diǎn)突變體并未如預(yù)期對水稻表型產(chǎn)生影響，cDNA全長擴(kuò)增也無法獲得其N端的部分序列，由此研究人員推斷LOC_Os06g13050可能并不是RGAP中預(yù)測的PAO家族蛋白。

 

　　野生型日本晴中實(shí)際擴(kuò)增獲得的YPD1 cDNA全長序列可以回補(bǔ)ypd1的突變表型。與RGAP的預(yù)測相比，實(shí)際擴(kuò)增獲得的cDNA缺乏N端的第一、二外顯子，研究人員對該序列翻譯后發(fā)現(xiàn)YPD1編碼的是一個(gè)新的蛋白，同源性分析結(jié)果表明其可能編碼一個(gè)含有CARD 3亞型（caspase recruitment domain）結(jié)構(gòu)域的NLR家族蛋白（NLRC3），該蛋白在動(dòng)物中被廣泛研究，主要參與動(dòng)物的免疫反應(yīng)，但在植物中鮮有報(bào)道。將YPD1與不同物種的NLRC3保守結(jié)構(gòu)域進(jìn)行比對分析，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)與動(dòng)物和魚類等典型的NLRC3結(jié)構(gòu)有很大不同。YPD1缺乏NLRC3特有的CARD和NBD結(jié)構(gòu)域，只有14個(gè)LRR重復(fù)結(jié)構(gòu)域，并且包含一個(gè)負(fù)責(zé)葉綠體膜定位的N-末端。為此，研究人員將YPD1重新命名為LRR-Like1（LRRL1）蛋白。

 

　　該研究首次闡明了LRR樣蛋白在水稻葉綠體發(fā)育和葉片衰老中的作用，高光會(huì)進(jìn)一步加速突變體內(nèi)葉綠體的降解，進(jìn)而造成葉片早衰的表型。這些結(jié)果為深入理解水稻高光損傷及葉綠體、光合機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性提供了理論支撐。

 

　　研究得到浙江高層次人才和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。陳冬東碩士和德州學(xué)院的邱振楠博士為論文的共同第一作者，朱麗研究員、曾大力研究員和錢前院士為共同通訊作者，

 

　　論文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33200773/