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细胞程序性死亡(programmed cell death, PCD)指在生物的生长发育过程中,由自身基因编码的、主动和有序的细胞死亡过程,是生物体自身新陈代谢和发育的正常生理反应。本实验室前期研究证实,小麦韧皮部筛分子(sieve elements, SEs)的发育经历了一个程序性细胞半死亡(programmed cell semi-death)过程；同时,包括植物根冠、小麦颖果内糊粉层等多处部位在内的组织细胞也均被证明发生了PCD。这些细胞的PCD过程均发生在相应组织的发育阶段,与发育过程的推进密切相关,那么这些不同组织的PCD过程之间是否存在着相关的调控机理和相似的作用因子呢?这是本研究试图解决的问题。本研究以小麦(Triticum aestivum L.)品种华麦八号为实验材料,利用荧光显微镜、免疫组织化学技术、活性原位荧光染色、分子生物学技术、免疫电镜技术、金属自显影以及TSQ荧光探针检测等方法,研究在小麦根尖与颖果发育过程中发生的PCD的调控过程以及cathepsin B-like蛋白酶在这些过程中的作用。主要结果如下：1、荧光显微镜观察发现,随着SEs的发育,细胞壁开始增厚,自发荧光的强度也相应发生变化,这为我们研究SEs中cathepsin B-like蛋白的变化提供了时间上的参考。2、免疫组织化学检测表明,距根尖顶端112μmm处的根冠组织中,外缘1-3层细胞的cathepsin B-like蛋白阳性反应强烈；在距根尖顶端约490-700μm处的组织中可以观察到细胞内阳性信号逐渐减弱,其中皮层中部薄壁细胞内的信号相对于外皮层和中柱细胞内的阳性信号减弱速度较快；同时,随着SEs与导管的发育,细胞内cathepsin B-like蛋白的阳性信号也逐渐消失。3、活性原位荧光染色技术显示根尖中的cathepsin B-like蛋白可以降解cathepsin B的特异性底物,并在荧光显微镜下呈现红色阳性信号。RT-PCR结果显示在根尖组织中有两种cathepsin B-like蛋白的mRNA积累：AI16和一个被命名为2529的蛋白。4、免疫电镜结果显示cathepsin B-like蛋白分布在发生PCD的细胞的细胞质和细胞核中,液泡中有零星分布。自噬小体中没有观察到cathepsin B-like蛋白的存在。5、金属自显影结果显示在根尖细胞的核仁中有Zn2+存在。随着组织的发育,SEs与木质部导管细胞中的核仁和Zn2+逐渐消失。6、TSQ荧光探针标记显示,外源Zn2+主要在根尖组织的中柱中积累,在荧光显微镜下呈蓝色荧光,荧光强度随着距根尖顶端距离的增加而减弱。7、免疫组织化学染色结果显示,随着培养时加入ZnC12浓度的提高,组织中表达cathepsin B-like蛋白的细胞数量有所下降,同时表达强度也有所降低。8.免疫组织化学结果显示,在小麦花后1天(1DAF)到9天的颖果内,cathepsin B-like蛋白的分布位置主要集中在灌浆池两侧维管束以及内果皮细胞中；花后12至24天的小麦颖果中,灌浆池两侧维管束细胞中的cathepsin B-like蛋白开始消失,同时颖果糊粉层内的cathepsin B-like蛋白含量开始逐渐增加,而存在于颖果背部内果皮细胞中的cathepsin B-like蛋白则出现含量下降,在细胞边缘聚集等现象。以上结果说明在小麦发育过程的一些PCD过程中有共同的作用因子cathepsin B-like蛋白的参与；Cathepsin B-like蛋白在这个过程中有维持细胞活性的作用；Zn2+可以抑制cathepsin B-like蛋白的表达。