类胡萝卜素是一类在所有光合器官中都广泛存在的天然色素物质，它参与了植物生长的多种生理过程，包括花、果实等的着色，脱落酸(abscisic acid，ABA)的合成以及叶绿体的发育等。此外，类胡萝卜素还可以作为一种抗氧化剂清除植物体内的活性氧，从而保护光系统免受光氧化的伤害。一些类胡萝卜素合成缺陷的突变体表现为花斑状细胞死亡的表型。目前，植物类胡萝卜素的生物合成途径在生化上已经了解的比较清楚了，但相关的遗传学研究甚少。在本研究中，我们通过对两个拟南芥自发性细胞死亡的等位突变体spc1-1(spontaneous cell death1)和spc1-2的系统分析，探索了类胡萝卜素从头合成的遗传调控机制及其调控植物生长发育的重要作用。　　 在萌发后，spc1-1突变体的子叶发育正常，但真叶呈白化状，并伴随活性氧和花斑状分布的死亡细胞的出现。透射电子显微镜观察表明spc1-1突变体中叶绿体发育异常。而表型较强的等位突变体spc1-2在种子萌发后生长发育严重延迟，完全白化，并最终导致植物的死亡。遗传学和分子生物学分析发现，SPC1编码一个ζ-胡萝卜素脱氢酶(ζ-carotene desaturase，ZDS)。该酶在类胡萝卜素合成途径中与类胡萝卜素异构酶(Carotenoid isomerase，CRTISO)共同作用从而将ζ-胡萝卜素转化为番茄红素。分子遗传学研究发现两个等位突变均为T-DNA插入导致。在spc1-1基因组中，T-DNA插入位点在SPC1的启动子区，而spc1-2中，T-DNA插在SPC1编码区的第二个外显子上。　　 SPC1与其他物种的ZDS具有很高的一致性(64-81％identity)。该酶含有一个典型的氨基氧化酶结构域(amino oxidase domain)，一个吡啶二核苷酸结合序列(pyridine dinucleotide binding motif)和一个黄素腺嘌呤二核苷酸模块(flavinadenosine dinucleotide binding motif)。高压液相色谱(High pressure liquidchromatography,HPLC)分析表明在spc1-1植物中，位于ZDS下游的几个主要的类胡萝卜素组分明显减少，如α-胡萝卜素，β-胡萝卜素，叶黄素等，而位于其上游的番茄红素，ζ-胡萝卜素等的含量却显著增加，表明SPC1是一个有功能的ZDS。　　 在spc1-1突变体中，叶绿素合成途径的关键酶基因CAO和PORB的表达显著降低，这与突变体中叶绿素含量减少的表型相吻合。而在spc1-2中，Lhcb1.1、Lhcb1.4和RbcS的表达都检测不到，暗示类胡萝卜素可能参与了质体-核的逆向信号转导过程。另一方面，spc1-1也表现为ABA缺陷的表型，并且这一表型可以通过施加外源ABA而部分恢复，表明SPC1/ZDS参与了ABA的代谢。综上所述，SPC1/ZDS通过类胡萝卜素的生物合成途径参与调控叶绿体发育、光氧化保护、ABA代谢及质体-核逆向信号转导，并由此调控植物的生长发育。