中國農業(yè)科學院植保所揭示單子葉植物特有基因簇調控水稻免疫和細胞死亡的分子機制

　　近日，中國農業(yè)科學院植物保護研究所作物有害生物功能基因組研究創(chuàng)新團隊在《科學通報》（Science Bulletin）上發(fā)表了題為“A monocot-specific hydroxycinnamoylputrescine gene cluster contributes to immunity and cell death in rice”的研究論文。該論文首次報道了單子葉植物特有的脂肪族酚胺-羥基肉桂酰腐胺（HP）基因簇調控水稻免疫和細胞死亡的分子機制。

 

　　代謝動態(tài)平衡對人類健康起著至關重要作用，代謝紊亂往往會引起疾病。研究表明代謝物在植物的生長發(fā)育和脅迫應答過程中同樣扮演著重要的角色。酚胺類代謝物是植物苯丙烷途徑衍生的次級代謝物。早期研究發(fā)現(xiàn)病原菌侵染能夠誘導植物酚胺類代謝物的積累，表明這類代謝物在植物免疫中可能發(fā)揮重要作用，但其生物合成和調控機制尚不清楚。

 

　　該研究利用基于代謝物的全基因關聯(lián)分析在水稻9號染色體上鑒定到控制羥基肉桂酰腐胺代謝物合成的基因簇。該基因簇由一個鳥氨酸脫羧酶基因（ OsODC ）和兩個串聯(lián)的腐胺羥基肉桂酰轉移酶基因（ OsPHT3 和 OsPHT4 ）組成。功能分析表明，基因簇中三個基因均正調控水稻抗病性，并且 OsPHT3 和 OsPHT4 正調控HP的積累和水稻細胞死亡。進一步研究發(fā)現(xiàn) OsPHT4 的啟動子可以被水稻免疫及細胞死亡負調控轉錄因子APIP5直接結合。APIP5轉錄抑制 OsPHT4 的表達從而負調控HP的積累。此外，研究者利用比較基因組學分析發(fā)現(xiàn)HP基因簇在單子葉植物中具有保守性，暗示HP基因簇在單子葉植物中可能有相似的生物學功能和調控機制。該研究揭示了單子葉植物特異的脂肪族酚胺代謝基因簇的生物合成及其調控植物免疫和細胞死亡的新機制，為代謝水平上揭示植物細胞死亡及免疫機制提供了新思路，為抗病分子育種奠定了重要理論基礎。

　　羥基肉桂酰腐胺基因簇調控植物免疫和細胞死亡作用模型

 

　　中國農業(yè)科學院植物保護研究所客座博士研究生方紅和華中農業(yè)大學博士研究生沈雙欠為共同第一作者。中國農業(yè)科學院植物保護研究所寧約瑟研究員和海南大學羅杰教授等為文章的共同通訊作者。該工作得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃項目和博士后基金等科研經費的支持。

 

　　原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927321004199