农科院作物所赵开军发现CYP71P1引起水稻花叶斑病变和叶片早衰的机制学术资讯

2021年3月23日，中国农科院作物所赵开军团队在Frontiers in Plant Science上发表了题为Mutation Types of CYP71P1 Cause Different Phenotypes of Mosaic Spot Lesion and Premature Leaf Senescence in Rice的研究工作，揭示了编码细胞色素P450单加氧酶家族CYP71P1蛋白引起不同表型水稻花叶斑病变和叶片早衰。

病斑模拟突变体(Lesion mimic mutants ，LMM)是研究植物细胞程序性死亡和防御反应的理想材料。LMM的典型表型类似于植物的过敏性反应，是对病原体入侵的快速反应，其特征是入侵部位的局部细胞迅速死亡。过敏反应可以限制微生物的生长，通常伴随着广谱抗病的特征。

水稻的病斑表型存在多种遗传途径。到目前为止，已经克隆了20多个与水稻病斑模拟相关的基因，包括Spl7、Spl11、Spl33、nls1和sl。大多数病损模拟性状是由细胞死亡负调控因子突变产生的单个隐性基因控制的。且大多数水稻LMM表现出对病原体的抗性提高。

在本研究中，作者从EMS处理的籼稻品种JG30中鉴定出两个LMM，命名为花叶斑病突变体msl-1和msl-2。msl-1和msl-2除了具有类似病斑的表型外，还表现出早衰的特征模式。两个突变体在苗期均表现出相似的花叶斑病，但随着植株的发育表现出不同的表型。在分蘖期，MSL-2叶片上出现较大的橙色斑点，而MSL-1叶片上只有较小的红棕色斑点。在抽穗期，msl-2植株完全死亡，而msl-1植株即使表现出明显的早衰仍能存活。两个突变体的花叶斑点损伤都是由光诱导形成的，DAB和台盼蓝染色显示斑点处有大量的过氧化氢积累，并伴随着大量的细胞死亡。与野生型相比，突变体叶片中的活性氧含量增加，清除酶系统中的SOD和CAT活性降低。此外，突变体还检测到叶绿体降解，光合色素含量降低，叶绿体合成/光合作用相关基因表达下调，衰老相关基因表达上调，但msl-2的异常比msl-1更严重。

随后，通过遗传分析和图位克隆表明，两个突变体的拟病斑和早衰性状均由编码细胞色素P450单加氧酶家族CYP71P1蛋白的SL基因的隐性突变等位基因控制，而SL基因编码的CYP71P1蛋白属于细胞色素P450单加氧酶家族，该基因编码的CYP71P1蛋白属于细胞色素P450单加氧酶家族。突变位点和突变类型(SNP引起的单一氨基酸改变和SNP引起的翻译提前终止)的不同导致了MS1-1和MS1-2在严重程度上的不同表型。