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程序化细胞死亡(programmed cell death,PCD)通过精确调控细胞死亡从而在各种生物的正常生长发育、组织平衡保持和逆境反应中起重要作用。在植物中,PCD的作用早已得到确认,而且最近研究证明一些蛋白参与PCD的调控。但是,植物中PCD的分子和遗传机制很大程度上不是很清楚。在我的博士论文研究中,通过基因组数据库搜索,我鉴定了拟南芥中两个与果蝇细胞凋亡抑制子相似的新蛋白AtDAL1和AtDAL2,并利用T-DNA插入突变体对AtDAL1和AtDAL2在病菌和腐马霉素诱导的PCD中的作用进行了功能分析。同时,我还研究了一类MA3结构域蛋白异构酶与PCD的关系。DIAP1是果蝇的一个细胞凋亡抑制子,不仅调控细胞死亡,而且也参与细胞分化、蛋白翻转和细胞循环进程等过程的信号传导调控。以DIAP1蛋白序列进行数据库搜索,鉴定到两个类似蛋白,并命名为DAL1和DAL2(DIAP1类似蛋白1和2)。DAL1和DAL2蛋白与DIAP1具有一定的相似性,在C-末端含有一个典型的RING结构域。RT-PCR分析表明,在接种Pseudomonas syrinage pv.tomato(Pst)DC3000毒性和无毒菌株后,野生型拟南芥植株中DAL1和DAL2基因表达上调;而且PCD诱导因子腐马霉素FB1处理后也诱导了DAL1和DAL2的表达。为了研究DAL1和DAL2在PCD中的作用,筛选获得了DAL1和DAL2基因的T-DNA插入突变体,分别命名为dal1-1、dal1-2、dal2-1和dal2-2。RT-PCR分析证明,在T-DNA插入突变体植株中不能检测到DAL1和DAL2基因的转录本,证明筛选获得的dal1-1、dal1-2、dal2-1和dal2-2分别是DAL1和DAL2基因的敲除突变体。接种Pst DC3000毒性菌株后,dal1和dal2突变体植株的病害表型与野生型植株相似,表明DAL1和DAL2基因丧失功能后并不改变对毒性病菌的病害表型。当接种无毒菌株Pst DC3000-AvrRpm1时,dal1和dal2突变体植株上病害表型明显比野生型植株要严重得多。Pst DC3000毒性和无毒菌株时都能诱导PR-1基因的表达,但是,dal1和dal2突变体植株中PR-1基因表达水平与野生型植株没有显著差别。接种Pst DC3000无毒菌株后,在dal1和dal2突变体植株中观察到明显的超氧阴离子积累和细胞死亡。FB1注射后,与野生型植株相比,dal1-1、dal1-2、dal2-1和dal2-2植株表现出加速细胞死亡,并有高水平的活性氧积累、自发荧光和胼胝质沉积。dal1和dal2突变体植株对早疫病(Alternaria brassicicola)表现出增加感病性,但不改变对灰霉病(Botrytis cinerea)的抗性水平。但是,在酵母中过量表达DAL1和DAL2基因后,并不能抑制由过氧化氢诱导的细胞死亡。上述研究结果表明,DAL1和DAL2是拟南芥PCD的新的抑制子。在动物系统中,拓扑异构酶基因的异常表达通常与细胞凋亡有关,如拓扑异构酶与凋亡性细胞死亡密切相关。本研究中,我从拟南芥中鉴定到一个含有MA3结构域的拓扑异构酶亚群,命名为TOP1、TOP2、TOP3和TOP4。RT-PCR分析表明,接种Pst DC3000毒性和无毒菌株后拟南芥植株中TOP1和TOP2基因表达上调。为了研究这类MA3结构域拓扑异构酶基因的功能,筛选并鉴定获得TOP1、TOP2、TOP3和TOP4基因的T-DNA插入突变体,分别为top1、top2、top3和top4;RT-PCR分析证明这些T-DNA插入突变体植株中检测不到其基因表达转录本。接种Pst DC3000毒性菌株后top突变体的病害水平植株比野生型植株要低,但是接种Pst DC3000无毒菌株后top突变体植株表现出更高水平的病害症状。接种坏死性真菌后,top3突变体植株的病害表型与野生型相似,top4突变体植株的病害表型下降,而top1和top2突变体植株则表现出更加严重的病害表型。接种Pst DC3000无毒菌株后,top1、top2和top3突变体植株叶片的维管束和非维管束组织中观察到明显的自发性荧光和胼胝质沉积,而野生型植株叶片中只限于维管束中。top1和top2突变体植株对脱落酸表现出显著的敏感性,根伸长收到明显抑制。上述结果表明,这类MA3结构域蛋白拓扑异构酶可能参与PCD以及病菌和非生物逆境反应。