O que você está tentando fazer geralmente não é suportado. Citação da Compatibilidade de replicação entre versões do MySQL docs:
MySQL supports replication from one major version to the next higher major version. For example, you can replicate from a master running MySQL 4.1 to a slave running MySQL 5.0, from a master running MySQL 5.0 to a slave running MySQL 5.1, and so on.
e
Replication from newer masters to older slaves may be possible, but is generally not supported.
Pode funcionar para essas versões, mas está longe de ser uma configuração recomendada. Minha opinião: não faça isso.
Leia também a Atualização de uma configuração de replicação
In other words, when upgrading to MySQL 5.5, the slaves must be MySQL 5.5 before you can upgrade the master to 5.5.
(e talvez este snippet, embora eu não ache que seja diretamente relevante se você reimportar para 5.1)
Downgrading a replication setup to a previous version cannot be done once you have switched from statement-based to row-based replication, and after the first row-based statement has been written to the binlog.