程序性細(xì)胞死亡是一種受到遺傳調(diào)控的細(xì)胞死亡方式，在動(dòng)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和抵御生物與非生物脅迫過(guò)程中均具有重要作用。已有研究表明，葉綠體和線粒體在植物程序性細(xì)胞死亡中發(fā)揮重要作用，但二者是否存在信號(hào)交流，以及如何協(xié)同作用共同調(diào)控程序性細(xì)胞死亡等方面尚不清楚。此前，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所植物基因組學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李家洋研究組，克隆了一個(gè)擬南芥細(xì)胞死亡突變體mosaic death 1 (mod1)。MOD1編碼一個(gè)烯酰-ACP還原酶，對(duì)于葉綠體中脂肪酸合成至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)mod1抑制突變體的研究發(fā)現(xiàn)，mod1突變體中存在活性氧積累，而線粒體電子傳遞鏈復(fù)合體I的活性降低能夠抑制mod1中活性氧的積累，從而抑制細(xì)胞死亡的發(fā)生。這一結(jié)果暗示，在MOD1突變導(dǎo)致的細(xì)胞死亡過(guò)程中可能存在葉綠體到線粒體的信息交流。

　　通過(guò)對(duì)不影響線粒體復(fù)合體I活性的mod1抑制突變體進(jìn)行研究，李家洋研究組篩選并克隆3個(gè)新的抑制基因:質(zhì)體定位的NAD依賴的蘋(píng)果酸脫氫酶(plNAD-MDH)，葉綠體被膜定位的二羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1 (DiT1)，和線粒體定位的蘋(píng)果酸脫氫酶1 (mMDH1)。這三個(gè)基因都是植物蘋(píng)果酸-草酰乙酸穿梭途徑中的重要成員，每個(gè)基因的功能喪失均可以抑制mod1中活性氧的積累和細(xì)胞死亡的發(fā)生。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MOD1功能降低導(dǎo)致其底物NADH在葉綠體中大量積累，進(jìn)而使得攜帶著還原力的蘋(píng)果酸通過(guò)蘋(píng)果酸-草酰乙酸穿梭途徑進(jìn)入線粒體中，導(dǎo)致線粒體中NADH水平的升高，引發(fā)活性氧的產(chǎn)生和細(xì)胞死亡的發(fā)生。進(jìn)一步研究表明，該途徑在連續(xù)光照導(dǎo)致的活性氧的產(chǎn)生與氧化脅迫中發(fā)揮重要功能。此外，蘋(píng)果酸處理HeLa細(xì)胞能夠誘導(dǎo)活性氧的產(chǎn)生和細(xì)胞死亡的發(fā)生，且線粒體定位的蘋(píng)果酸脫氫酶在其中發(fā)揮重要作用。該研究結(jié)果證明了在植物的程序性細(xì)胞死亡途徑中存在葉綠體到線粒體的信息交流(Chloroplast-To-Mitochondria communication)，蘋(píng)果酸-草酰乙酸穿梭途徑在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用，且在動(dòng)物中存在保守的細(xì)胞質(zhì)到線粒體的細(xì)胞死亡調(diào)控機(jī)制。

　　近日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在Cell Research上。李家洋研究組博士研究生趙艷楠、博士后羅麗蘭和黃勛研究組助理研究員許捷思為論文的共同第一作者，研究員李家洋、研究員黃勛和副研究員余泓為共同通訊作者。合作者包括遺傳發(fā)育所博士褚金芳、研究員左建儒、研究員王國(guó)棟。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的資助。