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细胞程序性死亡(Programmed Cell Death,PCD)不仅是一种特殊的细胞死亡类型,而且具有重要的生物学意义及复杂的分子生物学机制,植物PCD 在生长发育、器官形成和衰老、抗病和抗逆等方面的都起到关键作用。在开花植物中,作为花药最内层的绒毡层细胞适时的降解对花药的发育和花粉的形成有决定性作用,且绒毡层的降解具有典型的PCD 形态特征。我们研究表明,水稻花药发育关键的转录因子TDR(Tapetum Degeneration Retardation)以及其在拟南芥中的直系同源基因AMS(Aborted Microspores),不但在花药的发育和花粉的形成方面起着至关重要的作用,而且TDR/AMS 也参与了对花药绒毡层PCD 的正调控过程。透射电镜(Transmission Electron Microscopy,TEM)观察证实了由于TDR/AMS 蛋白的缺失,会导致水稻/拟南芥花药绒毡层细胞异常增大并且空泡化,导致小孢子降解；通过对TDR 和AMS 缺失突变体的TUNNEL(TerminaldeoxynucleotidylTransferase Mediated Nick End Labeling)和绒毡层细胞体内Caspases 酶活分析,也证实了tdr 和ams 突变体中缺少正常细胞PCD 过程中的DNA 片段化表型,以及相关Caspase-like 酶活降低；通过基因表达谱芯片、ChIP(Chromatin Immunoprecipitation)-PCR 和EMSA(Electrophoretic MobilityShift Assay)分析,我们筛选和鉴定4 个被TDR/AMS 直接调控及可能参与绒毡层PCD 过程中的半胱氨酸蛋白酶,并在烟草和酵母体内证明这些半胱氨酸蛋白酶具有导致细胞PCD 的功能。本研究通过对花药绒毡层细胞程序化死亡中半胱氨酸蛋白酶的功能探讨,初步从细胞及分子水平上阐明植物花药绒毡层PCD 的机理,为花粉成熟的调控机制提供理论基础,并为远缘杂交提供研究材料,从而给粮食增产提供科学依据。