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液泡加工酶(VPE)是负责植物液泡内蛋白质加工和激活的一种半胱氨酸蛋白酶。在植物中,VPE通过液泡降解介导的细胞死亡调控PCD。绒毡层的PCD是花粉的发育的前提条件,许多转录因子调控花药的分化和绒毡层细胞的发育。先前的研究显示βVPE的表达量在spl/nzz和ems1/exs的突变体中显著的下调,在tdf1突变体中表达量上调,这就暗示了βVPE可能参与了绒毡层的降解过程。木质部细胞的分化是维管植物的典型PCD,液泡膜的破碎是TE细胞程序化死亡的标志性事件。先前的研究表明,在拟南芥γvpe突变体中,由于yVPE的缺失导致了拟南芥叶片受到TMV侵染时液泡降解的延时,因此yVPE可能在拟南芥木质部的分化过程中起着重要的作用。基于以上结果,本论文以βvpe突变体为实验材料研究βVPE在花药发育过程中的作用,以γvpe突变体为实验材料研究γVPE在茎发育过程中的作用。主要研究结果如下:(1)βVPE在花药发育过程中的研究。实时定量PCR和βVPE启动子GUS染色结果表明,βVPE特异的在绒毡层发育的5-8时期表达,在第8时期完全转化为成熟酶。βvpe突变体的石蜡切片和透射电镜结果表明,绒毡层细胞壁降解失败,绒毡层和造油体形成显著降低,部分花粉发育畸形。体外催化和Western检测结果表明,βVPE能够在体外催化CEP1酶原的成熟;在βvpe突变体中,CEP1,RD19A和RD19C蛋白酶的成熟受到了严重的抑制。以上研究结果表明,βVPE通过激活其他蛋白酶的成熟来调控绒毡层的降解和花粉的成熟。(2)γVPE在茎发育过程中的研究。实时定量PCR和免疫组化结果表明γVPE特异的在形成层细胞和正在发育的木质部的细胞中表达。yvpe突变体的石蜡切片和透射电镜结果表明,茎木纤维细胞内容物降解延时,细胞壁次生壁增厚。体外催化和Western检测结果表明,yVPE能够在体外催化CEP1酶原的成熟;在yvpe突变体中,CEP1蛋白酶的成熟受到了严重的抑制。转录组分析表明,在yvpe突变体中,一共有2001个基因的表达量发生了显著的变化,这些发生变化的基因中大部分的与次生壁的形成和PCD相关。以上研究结果表明,γVPE通过激活CEP1酶原的成熟来调控茎木质部细胞的发育。βVPE和γVPE通过激活其他蛋白酶的成熟参与花药绒毡层和茎木纤维细胞的PCD过程来分别调控花粉和木质部的发育。βVPE和γVPE对拟南芥细胞PCD的调控具有重要作用。