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植物叶片衰老是一个受到严格遗传调控的程序性细胞死亡过程，受到各种內源信号和环境刺激的影响。丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen Activated Protein Kinase, MAPK)级联是真核生物中高度保守的信号通路。在拟南芥中，两个功能高度冗余的MAPKs(MPK3和MPK6)及其上游两个功能也高度冗余的MAPKKs(MKK4和MKK5)组成一条信号级联，在植物生长发育以及免疫反应等生物学过程中发挥了重要作用。MPK3/MPK6激活后会导致很多基因差异性表达，在上调表达基因中，我们发现一个拟南芥基质金属蛋白酶基因家族(Matrix metalloproteinase，MMP)成员表达被强烈诱导。MMP是一种锌钙依赖性的肽链内切酶，广泛存在于动植物中。本研究对MPK3/MPK6信号级联及MMPs基因家族在植物叶片衰老过程中的功能进行了深入研究，得出以下结论：
1.低水平激活MPK3/MPK6信号导致叶片衰老
在系统分析本实验室构建的MPK3/MPK6诱导型功能获得型转基因体系(GVG:AtMKK4DD，GVG:AtMKK5DD，GVG:NtMEK2DD)过程中，我们发现用高浓度DEX处理DD植物后，可以强烈且持续地诱导MPK3/MPK6信号级联的激活，从而导致类超敏反应细胞死亡现象。但是，在用低浓度的DEX处理DD植物后，出现了疑似衰老的叶片黄化现象。衰老相关参数以及分子标记基因SAG12的检测证实，该叶片黄化现象确属于叶片衰老过程。在mpk3或mpk6单突变体背景下，该衰老过程均被延缓，但是在mpk3背景下延缓程度更为显著。同时，我们发现衰老过程中，MPK3磷酸化水平高于MPK6，表明MPK3在叶片衰老过程中发挥了更重要的功能。
2.MKK4/MKK5位于MPK3/MPK6上游调控叶片衰老
在持续光照条件下，与野生型植物相比，mkk4mkk5双突变体植株叶片的衰老过程延缓。并且，通过对不同叶片衰老阶段中MPK3/MPK6磷酸化水平检测发现，在叶片衰老这个特定的生物学过程中，MKK4/MKK5是MPK3/MPK6的上游激酶。
3.MPK3/MPK6激活和叶片衰老能够诱导At-MMPs基因的上调表达
在拟南芥中，MMP基因家族有五个成员。RT-qPCR分析显示，在用DEX处理DD植物后，拟南芥At2-MMP和At3-MMP基因的表达被上调，其中At3-MMP基因上调最为强烈。并且，在mpk3和mpk6突变体背景中，At2-MMP和At3-MMP基因的诱导水平在一定程度上被抑制。对野生型不同衰老阶段叶片的RT-qPCR分析表明，随着叶片衰老的进行，除了At5-MMP,其余4个At-MMPs基因的表达都被上调。以上结果表明，拟南芥MMPs是衰老相关基因，它们的表达受到MPK3/MPK6信号级联的调控。
4.组成型和诱导型过表达At3-MMP促进植物叶片的衰老
组成型过表达At3-MMP能够以年龄依赖性的方式促进植物叶片的衰老。在喷洒诱导剂DEX后，诱导过表达At3-MMP也能够引起植物叶片的早衰。并且，我们的研究也发现过表达植株叶片衰老的严重程度与At3-MMP蛋白表达水平呈现一致性，At3-MMP蛋白表达水平越高，叶片衰老越严重。
5.mmp五突变体不能延缓植物叶片衰老
功能缺失型T-DNA突变体研究发现，与野生型相比，在同样的实验条件下，拟南芥五个MMPs基因的单突变体，at2;3-mmp双突变体，at2;3;5-mmp三突变体以及at1;2;3;4;5-mmp五突变体都没有任何生长发育和叶片衰老上的差异。这个结果表明虽然At-MMPs是衰老相关基因，但是缺失掉At-MMPs并不能阻止叶片衰老，可能存在其他冗余的途径来调控叶片衰老。
6.WRKY33参与调控MPK3/MPK6激活诱导的At2-MMP和At3-MMP基因表达和叶片衰老
WRKY33作为MPK3/MPK6的下游底物之一，参与调控了多个生物学过程。RT-qPCR分析发现，在wrky33突变体背景中，MPK3/MPK6激活诱导的At2-MMP和At3-MMP基因表达在一定程度被抑制，MPK3/MPK6激活后诱导的叶片衰老也被延缓。染色质免疫共沉淀(ChIP-qPCR)分析发现，WRKY33结合在At3-MMP基因的启动子区域，直接参与调控At3-MMP基因的表达和叶片衰老。
综上所述，我们的研究证明MKK4/MKK5-MPK3/MPK6-WRKY33信号通过调控At3-MMP基因的表达参与拟南芥叶片衰老过程的调控。
7.MKK4/MKK5-MPK6调控拟南芥胚胎发生和种子发育属于母系控制
在我们的研究中，我们注意到mpk6单突变体和mkk4mkk5双突变体新的种子种皮褶皱或是胚裸露在种皮外。我们揭示这些种子的表型是由于胚胎发生缺陷造成的。更重要的是，我们证实mpk6单突变体和mkk4mkk5双突变体胚胎发生缺陷是属于母系控制。胚胎外露和种皮褶皱的种子都能萌发，但是小苗出现生长缓慢或是短根、无根等现象。
1.低水平激活MPK3/MPK6信号导致叶片衰老
在系统分析本实验室构建的MPK3/MPK6诱导型功能获得型转基因体系(GVG:AtMKK4DD，GVG:AtMKK5DD，GVG:NtMEK2DD)过程中，我们发现用高浓度DEX处理DD植物后，可以强烈且持续地诱导MPK3/MPK6信号级联的激活，从而导致类超敏反应细胞死亡现象。但是，在用低浓度的DEX处理DD植物后，出现了疑似衰老的叶片黄化现象。衰老相关参数以及分子标记基因SAG12的检测证实，该叶片黄化现象确属于叶片衰老过程。在mpk3或mpk6单突变体背景下，该衰老过程均被延缓，但是在mpk3背景下延缓程度更为显著。同时，我们发现衰老过程中，MPK3磷酸化水平高于MPK6，表明MPK3在叶片衰老过程中发挥了更重要的功能。
2.MKK4/MKK5位于MPK3/MPK6上游调控叶片衰老
在持续光照条件下，与野生型植物相比，mkk4mkk5双突变体植株叶片的衰老过程延缓。并且，通过对不同叶片衰老阶段中MPK3/MPK6磷酸化水平检测发现，在叶片衰老这个特定的生物学过程中，MKK4/MKK5是MPK3/MPK6的上游激酶。
3.MPK3/MPK6激活和叶片衰老能够诱导At-MMPs基因的上调表达
在拟南芥中，MMP基因家族有五个成员。RT-qPCR分析显示，在用DEX处理DD植物后，拟南芥At2-MMP和At3-MMP基因的表达被上调，其中At3-MMP基因上调最为强烈。并且，在mpk3和mpk6突变体背景中，At2-MMP和At3-MMP基因的诱导水平在一定程度上被抑制。对野生型不同衰老阶段叶片的RT-qPCR分析表明，随着叶片衰老的进行，除了At5-MMP,其余4个At-MMPs基因的表达都被上调。以上结果表明，拟南芥MMPs是衰老相关基因，它们的表达受到MPK3/MPK6信号级联的调控。
4.组成型和诱导型过表达At3-MMP促进植物叶片的衰老
组成型过表达At3-MMP能够以年龄依赖性的方式促进植物叶片的衰老。在喷洒诱导剂DEX后，诱导过表达At3-MMP也能够引起植物叶片的早衰。并且，我们的研究也发现过表达植株叶片衰老的严重程度与At3-MMP蛋白表达水平呈现一致性，At3-MMP蛋白表达水平越高，叶片衰老越严重。
5.mmp五突变体不能延缓植物叶片衰老
功能缺失型T-DNA突变体研究发现，与野生型相比，在同样的实验条件下，拟南芥五个MMPs基因的单突变体，at2;3-mmp双突变体，at2;3;5-mmp三突变体以及at1;2;3;4;5-mmp五突变体都没有任何生长发育和叶片衰老上的差异。这个结果表明虽然At-MMPs是衰老相关基因，但是缺失掉At-MMPs并不能阻止叶片衰老，可能存在其他冗余的途径来调控叶片衰老。
6.WRKY33参与调控MPK3/MPK6激活诱导的At2-MMP和At3-MMP基因表达和叶片衰老
WRKY33作为MPK3/MPK6的下游底物之一，参与调控了多个生物学过程。RT-qPCR分析发现，在wrky33突变体背景中，MPK3/MPK6激活诱导的At2-MMP和At3-MMP基因表达在一定程度被抑制，MPK3/MPK6激活后诱导的叶片衰老也被延缓。染色质免疫共沉淀(ChIP-qPCR)分析发现，WRKY33结合在At3-MMP基因的启动子区域，直接参与调控At3-MMP基因的表达和叶片衰老。
综上所述，我们的研究证明MKK4/MKK5-MPK3/MPK6-WRKY33信号通过调控At3-MMP基因的表达参与拟南芥叶片衰老过程的调控。
7.MKK4/MKK5-MPK6调控拟南芥胚胎发生和种子发育属于母系控制
在我们的研究中，我们注意到mpk6单突变体和mkk4mkk5双突变体新的种子种皮褶皱或是胚裸露在种皮外。我们揭示这些种子的表型是由于胚胎发生缺陷造成的。更重要的是，我们证实mpk6单突变体和mkk4mkk5双突变体胚胎发生缺陷是属于母系控制。胚胎外露和种皮褶皱的种子都能萌发，但是小苗出现生长缓慢或是短根、无根等现象。