浙江师范大学在水稻叶片衰老机制方面取得新进展

黄嘌呤脱氢酶（XDH）是钼酶家族成员之一，是调控嘌呤代谢的关键酶。XDH能催化黄嘌呤和次黄嘌呤生成尿酸，经一系列代谢反应，形成酰脲类物质，包括尿囊素和尿囊酸。已有研究表明，XDH参与氮素代谢、激素代谢、活性氧代谢和嘌呤代谢等有关过程，然而，关于XDH在水稻中的功能尚不清楚。

近日，浙江师范大学生化学院饶玉春教授课题组联合中国水稻研究所钱前院士团队在The Crop Journal 在线发表了题为“A rice XANTHINE DEHYDROGENASE gene regulates leaf senescence and response to abiotic stresses”的研究论文，通过图位克隆获得一个影响水稻叶片衰老和响应非生物胁迫的基因ESL1。该基因编码一个XDH蛋白，通过生理生化及遗传学研究手段揭示了XDH调控水稻生长和叶片衰老的分子机制。

该研究通过EMS诱变粳稻品种台北309，获得了一份叶片早衰和少分蘖的突变体esl1（early senescence and less-tillering 1），其在分蘖初期开始出现早衰表型，并维持到抽穗期。进一步分析发现，突变体esl1的叶绿素含量显著降低，叶绿体发育异常，光合作用效率显著降低，而活性氧和丙二醛含量显著升高。图位克隆和遗传互补实验验证确定ESL1编码一个XDH蛋白。

图1 突变体esl1的表型和农艺性状分析

外源ABA处理发现突变体esl1对ABA异常敏感，且esl1叶片中内源ABA含量低于野生型。干旱和盐胁迫处理发现esl1对干旱和盐胁迫更敏感。此外，结合转录组测序分析发现，ESL1通过维持ROS的稳态来调控光合作用和叶绿体发育及降解途径，并且ROS作为一种信号分子，调节核糖体相关基因的表达。研究结果有助于构建和完善水稻叶片早衰分子调控网络，对水稻产量和品质育种具有重要的理论和指导意义。