《Plant Physiology》：我科学家发现水稻叶片衰老死亡原理
作者：吴杰 转载：中国科技网
中国科学院遗传与发育生物学研究所,储成才课题组发现一氧化氮（NO）作为信号分子，参与了过氧化氢诱导的水稻叶片细胞死亡过程。详细的分子、生理及生化分析结果表明：强光条件下，突变体叶片中NO含量的升高和降低，可分别加重和减轻水稻叶片细胞死亡程度。蛋白质亚硝基化（NO最主要的作用方式之一）转基因植物分析也表明，蛋白质亚硝基化的高低直接影响叶片细胞死亡程度。这解析了NO在水稻叶片衰老中的分子作用机制，相关研究结果日前在国际杂志《植物生理学》（Plant Physiology）上在线发表，论文题为“Nitric Oxide and Protein S-nitrosylation Are Integral to Hydrogen Peroxide Induced Leaf Cell Death in Rice”。
叶片是光合作用的主要场所。水稻抽穗后籽粒灌浆所需要的营养物质60％—90％来自叶片的光合作用。叶片的衰老是植物发育过程中必然经历的生命现象，它是植物在长期进化过程中形成的适应性，对植物本身具有重要的生物学意义。然而在农业生产上，叶片早衰则导致其过早丧失光合功能和同化作用，从而显著减少籽粒中干物质的积累，对作物的产量与品质带来不利的影响。这一科研成果为阐明水稻叶片早衰的机制奠定了基础，并有望为生物技术改良提高粮食产量提供新的可能。
NO是一种极不稳定的气体自由基小分子。在20世纪80年代以前，被认为是一种毒性气体分子，危害人体健康。1987年，美国科学家罗伯特·弗奇戈特、路易斯·伊格纳罗和弗里德·穆拉德首次发现NO在动物中作为内皮松弛因子，具有扩张血管和加快血液循环的功能。多年来的研究发现，NO在植物体内参与了众多生物学过程，具有非常重要的功能，但目前科学界对NO的作用机制仍然知之甚少。
研究组人员通过以水稻为研究材料，深入系统地研究农作物源库互作和产量构成的分子机制，获得一大批NO含量改变的突变体，并对其中一个NO含量大量积累的突变体noe1 （nitric oxide excess 1）进行比较详细的分子、生理及生化分析。图位克隆表明，NOE1编码一个过氧化氢酶。在强光条件下，NOE1基因的突变，导致叶片H2O2含量升高，积累的H2O2激活硝酸还原酶，诱导叶片中NO产生。通过利用NO清除剂（PTIO）清除积累的NO，细胞死亡都得到明显减轻，表明NO介导了H2O2诱导的叶片细胞死亡。在利用分子手段实现对植物基因表达的精细调控和作物品种的分子设计改良，提高农作物产量和品质改良研究上取得了一系列成果。