类受体激酶SIT1调节水稻叶片衰老的分子机制

Leaf senescence, the final stage of leaf development, is affected by internal and external factors and is regulated by gene regulatory networks. Precocious senescence of functional leaf directly affects crop yield and quality, making the research of it significant importance. Receptor-like kinases (RLKs) involve in multiple signals perception and early transduction, but function in leaf senescence signaling transduction remain largely unknown. Our previous study proved that SIT1, a lectin RLK, negatively regulates salt tolerance in rice (Oryza sativa). Further study shows that the expression level of SIT1 is upregulated during leaf senescence. A null allele of SIT1, sit1-1, shows delayed leaf senescence, while overexpression of SIT1 causes the opposite phenotype in rice. Abscisic acid (ABA) is found to involve in this process. We will illuminate the temporal and spatial expression profile of SIT1 and the changes in SIT1 kinase activity during leaf senescence. We also attempt to investigate the underlying molecular mechanism and the signaling pathway of SIT1-mediated leaf senescence by using the combined approaches of molecular biology, biochemistry and genetics. We hope our study will uncover the upstream components of leaf senescence signaling pathway and provide valuable clues for molecular breeding.

衰老是叶片发育的最终阶段，受植物自身及外界环境等多因素影响，并受多基因调控。功能叶过早衰老直接影响作物产量及品质，因此对其研究具有重要意义。植物类受体激酶（Receptor-like kinases，RLKs）参与多种信号感知及早期传递，但其如何介导叶片衰老信号转导尚不明确。申请人前期工作证明水稻凝集素类受体激酶 Salt Intolerance 1 (SIT1)负调节植物耐盐性。后续研究发现SIT1在叶片衰老时期表达量上升，sit1-1缺失突变体叶片明显晚衰，而SIT1过表达后导致叶片早衰，且脱落酸可能参与该过程。本项目以前期工作为基础，以突变体sit1-1及SIT1过表达等转基因水稻为材料，利用分子生物学、生物化学及遗传学等手段，研究SIT1在叶片衰老过程中的表达模式及激酶活性变化，明确其参与叶片衰老调控的作用机制及信号通路，为寻找水稻叶片衰老信号上游转导组分及分子育种提供线索。

叶片衰老过程十分复杂且受到高度综合性的调控，但是该过程对于水稻等作物的产量及品质至关重要。因此，鉴定作物衰老调控基因具有重要的应用价值及理论意义。本研究首先对不同发育时期水稻叶片的转录组进行测序及分析，筛选并挖掘叶片衰老调控相关基因，并进一步对参与细胞信号转导过程的重要组分，如转录因子、类受体激酶基因家族进行了聚类分析。基于分析数据，本研究对一个叶片衰老相关的类受体激酶OsSIT1重点进行后续功能性研究。本研究发现，OsSIT1转录水平及蛋白水平随叶片衰老进程持续上调。我们的初步结果显示OsSIT1激酶活性随叶片衰老进程发生变化。通过对OsSIT1过表达、T-DNA插入突变体植株中叶片衰老进程、衰老相关生理指标及衰老标记基因进行分析，我们发现OsSIT1参与叶片衰老发生的正向调控。在解析OsSIT1调控叶片衰老的机制过程中，我们初步排除了OsSIT1参与脱落酸及茉莉酸所引发的叶片衰老过程。通过对OsSIT1不同转基因材料及野生型植株的各项农艺性状进行多年统计，我们发现OsSIT1能够引起籽粒及株型等多方面性状的改变。我们后续的研究显示，OsSIT1影响营养物质转运过程及营养转运相关基因的表达。综合上述结果，我们初步证明OsSIT1可能通过影响营养转运过程从而参与叶片衰老的调控。该研究为丰富水稻类受体激酶的功能提供了线索，同时为解析水稻叶片衰老机制做出贡献，并为通过功能基因分子标记辅助选育水稻品种提供参考。