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Nature子刊:中科院遗传发育所发现植物程序性细胞死亡调控机制

 程序性细胞死亡(Programmed cell death, PCD)是指受到严格调控的细胞主动死亡过程,在动植物的生长发育和抗病过程中具有十分重要的作用。在动物细胞中线粒体是能量代谢的中心,也是调节程序性细胞死亡的重要枢纽。在植物细胞中,已有的研究表明叶绿体在调控程序性细胞死亡中发挥重要作用,线粒体以及由线粒体产生的活性氧(reactive oxygen species, ROS)是否参与程序性细胞死亡尚不清楚。


中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室李家洋课题组的前期研究表明,拟南芥的Mosaic Death 1(MOD1)编码一个烯酰-ACP还原酶,对于叶绿体中脂肪酸合成至关重要并且负调控程序性细胞死亡(Mou et al., Plant Cell, 12: 405, 2000)。通过大规模遗传筛选,鉴定了一系列mod1抑制突变体(suppressors of mod1, soms),并对som3和som42进行了深入研究。



发现mod1突变体中ROS积累,som3能够完全恢复mod1的细胞死亡表型以及ROS积累,som42能够部分恢复mod1的细胞死亡表型以及ROS积累。SOM3编码一个线粒体γ碳酸酐酶(Mitochondrial γ carbonic anhydrase),是线粒体复合体I的亚基。而SOM42编码一个线粒体定位的PPR蛋白,SOM42表达量的升高和降低均会影响线粒体复合体I亚基NAD7编码基因的剪接,从而使线粒体复合体I的组装及活性受到影响。


mod1的细胞死亡表型和ROS积累可以被线粒体复合体I的突变体抑制,并且通过药物处理阻止线粒体复合体I产生活性氧,能够抑制mod1的突变表型。进一步研究表明,完整的线粒体是拟南芥对丁香假单细胞菌产生超敏反应和抗病反应所必需的。


该项研究成果表明,线粒体电子传递链中产生的活性氧对于引发植物程序性细胞死亡起到关键作用,叶绿体和线粒体之间的信号传递对于调控植物程序性细胞死亡起到重要作用。该研究结果于4月24日在Cell Research上在线发表(doi:10.1038/cr.2015.46)。李家洋课题组的吴健、孙跃峰为该论文的共同第一作者。该研究得到自然科学基金委和中国科学院的资助。


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