一个新的细胞程序化死亡相关基因的功能和调控机理研究

虽然细胞程序化死亡（PCD）对于细胞的正常生长发育和面临环境胁迫时都是必需的，但是植物中PCD的调控并不都清楚。前期研究已证实了在拟南芥中AtIPS1通过与PCD相关的蛋白ATRX5/6互作参与了调控植物PCD的过程；突变体atips1叶片自然产生细胞死亡，是一种新的仿坏死突变体；AtIPS1是一个新发现的与PCD调控相关的基因，克隆了该基因，确定了该基因定位于细胞核和细胞质。本项目将进一步研究AtIPS1基因的功能和表达方式，及其在植物PCD中的作用和调控机理。包括对atips1突变体进行形态学和细胞学分析，研究导致atips1突变体细胞死亡的因素（光照、代谢物、植物激素等），分析AtIPS1基因抑制细胞死亡、参与PCD调控的作用和机理。本项目将为进一步揭示植物PCD的调控机理、植物PCD的特殊途径等带来新观念，为开辟人工控制植物生长发育新途径奠定基础。

1、项目的背景：细胞是存活还是死亡对所有生物体个体的生存而言都是最重要的。细胞程序化死亡（Programmed Cell Death：PCD）涉及植物的生长发育、生殖、进化以及对环境的适应性等各个方面，对其机理的深入研究不仅对细胞进化、发育和生殖生物学等具有重要意义，它还将为预防肿瘤发生、实现人工控制植物生长发育、以及开辟植物抗病育种新途径等奠定基础。有关植物PCD的研究起步较晚，且多集中于病原体引起的PCD，在分子水平上对PCD机制的研究十分有限。前期研究中获得了一个与PCD相关的拟南芥的AtIPS1（myo inositol phosphate synthase）蛋白：一个催化肌醇(myo-inositol：MI)生物合成的关键步骤的酶，本项目拟研究该基因的功能和表达方式及其在植物PCD中的作用和调控机制，将对肌醇或其衍生物在细胞程序化死亡的调控功能提供证据，为进一步揭示植物PCD的调控机理、植物PCD的特殊途径等带来新的观念，为开辟人工控制植物生长发育的新途径奠定基础。2、主要研究内容：分析AtIPS1基因的时空表达方式；通过形态学和细胞学分析，研究atips1突变体的特征特性，即功能缺失法研究AtIPS1基因的功能；研究导致atips1突变体细胞死亡的原因（光照、代谢物、植物激素等），分析AtIPS1基因在控制细胞死亡过程中的作用和机理。3、重要结果、关键数据及其科学意义：（1）进行了AtIPS1基因克隆、基因突变体atips1-1和atips1-2的分离与鉴定，进一步明确了AtIPS1基因的亚细胞定位，弄清了该基因在拟南芥生长和发育过程中的时空表达方式。（2）通过功能缺失法研究基因突变体atips1形态学和细胞学上的特征特性，弄清了AtIPS1基因突变可导致植物叶片细胞死亡， AtIPS1基因能抑制植物细胞的增殖、分化、生长和死亡，并鉴定了atips1突变体中细胞凋亡类型为细胞程序化死亡（PCD）。（3）采用酵母双杂交和双分子荧光互补技术（BiFC），验证了AtIPS1与ATXR5或ATXR6相互作用导致细胞死亡。（4）分析引起atips1突变体细胞死亡的诱因，结果表明突变体atips1细胞死亡与光周期、光强度有关，光照激活了AtIPS1 基因的表达；水杨酸(SA) 的增加、肌醇(MI)及其衍生物(galactinol)的减少都是细胞死亡的内在原因。