两个水稻失控性细胞坏死突变体rcd基因的图位克隆及功能研究

Cell death or hypersensitive response (HR) serve essential roles in plants defense against biotic or abiotic stresses. Studies on the mechanism of plant cell death or HR have become one of the hot fields in plant pathology. Plant lesion mimic mutants (LMMs) are ideal sources for understanding the mechanisms involved in plant immune response pathways. Those mutants exhibit spontaneous hypersensitive response (HR)-like cell death in the absence of pathogen attack. We have identified 2 novel types of rice RCDs(runaway cell death) in our previous researches. We propose the objectives belowed to study the genetic and molecular mechanisms controlling runaway cell death in the 2 RCDs: further fine mapping and cloning rcd1/rcd2 genes based on the preliminary mapping results,characterizing molecular, cellular phenotypes, proteomics and disease resistance of RCDs associated with cell death developing. We expect that our studies will unveil the major genetic and molecular bases underlying these two RCDs, which will contribute to understand the rice cell death and the mechanisms of the plant universal immune response.

细胞坏死或过敏性反应（HR）是植物应答病原侵染的一个免疫机制，也是当前植物病理学研究的一个热点。植物类病斑突变体（LMM）是研究植物免疫反应的理想材料，其类病斑发生机制与免疫反应途径密切相关。本项目组在前期研究中，筛选到两个水稻新类型失控性细胞坏死突变体。本项目旨在对这两个rcd（Runaway cell death）基因进行精细定位及图位克隆,结合植物分子病理学及蛋白质组学等技术对这两个rcd基因的功能进行研究。研究结果将解析水稻RCD发生的分子机制，促进对水稻细胞死亡及免疫反应普遍机制及其分子网络的理解，具有重要理论意义。

类病斑突变体是一类在没有外界胁迫的情况下，在植株的组织自发性产生细胞坏死斑的突变体，它是解析植物抗病反应机理、植物细胞程序性死亡等的基础性材料。本研究通过筛选水稻籼型恢复系明恢86的组培变异后代，获得两个失控性细胞坏死突变体rcd1和rcd2 (runaway cell death 1,2)。rcd1从苗期后期起，rcd1叶片出现橙黄色类病斑；分蘖期后，类病斑性状加剧；抽穗期后，类病斑串联成片，茎、叶、穗干枯，植株衰亡。rcd2在苗期表现正常，叶片从四叶期开始出现黄色斑点，并伴随着植株生产，黄斑数量和面积都在增多增大，至成熟期时，叶斑坏死连片，导致叶片死亡。通过图位克隆及测序法，克隆到候选基因rcd1和rcd2；rcd1和rcd2通过提高病程相关基因OsPR1b、OsNAC4、OsPAL1、OsCHT1、OsCHT3、OsPOC1等在叶片组织中表达量，增强了对稻瘟病和白叶枯病的抗性。iTRAQ 定量蛋白质组学在两个类病斑途径体中发现了914和343个差异表达蛋白，两个突变体中的差异蛋白主要涉及到糖异生、三羧酸循环和磷酸戊糖途径。代谢组学在rcd1中鉴定到本果糖、葡萄糖和蔗糖，在rcd2中丙氨酸、胆碱和乙醇胺受到显著影响。项目在研究过程中，完成培养硕士生三名，三名在职人员职称得到提升，发表论文一篇。本研究结果为更深入解析类病斑突变基因功能、免疫反应和RCD形成的蛋白机制奠定了基础。