细胞程序性死亡(programmed cell death,PCD)贯穿于植物的生长发育过程,是一种由基因控制且自主有序的死亡方式。禾谷类作物糊粉层PCD是种子萌发中的一个关键环节。研究证实,微丝结构的变化会影响液泡的形态,而且,液泡加工酶(vacuolar processing enzyme,VPE)在液泡的形态及液泡化进程中起着重要的作用。本研究以’优Ⅱ128’品种的水稻(Oryza sativa L.)种子为实验材料,通过药理学、生物化学、细胞形态学和分子生物学等手段,采用荧光标记及荧光染色等方法,并结合实时荧光定量PCR技术和激光共聚焦扫描显微技术,检测全水稻种子及其胚、胚乳和糊粉层中的四种OsVPEs,以及在糊粉层中起主要作用的OsVPE;观察及检测水稻糊粉层细胞中液泡形态和微丝结构变化,同时,测定并分析水稻糊粉层细胞的存活率、OsVPE3相对表达水平及VPE活性水平,探讨OsVPE3及微丝对水稻糊粉层细胞程序性死亡的影响及其作用机制。结果表明:(1)在与水稻种子萌发相关的四种OsVPEs中,OsVPE3相对表达水平及VPE活性水平最高,即在水稻种子萌发过程中起相对重要作用的是OsVPE3。与萌发水稻全种子及其胚和胚乳相比,糊粉层中的OsVPE3相对表达水平及VPE活性水平也达到最高,并且随着种子萌发,糊粉层的OsVPE3相对表达水平发生相应变化;(2)水稻糊粉层中的VPE活性变化趋势与caspase-1的活性变化趋势呈现一致性。caspase-1专一性抑制剂Ac-YVAD-CMK可有效抑制VPE、caspase-1及 caspase-3 活性,而 caspase-3 专一性抑制剂 Ac-DEVD-CHO 只抑制 caspase-3活性,推测OsVPE3具有类似caspase-1的活性,不具有类似caspase-3的活性,但水稻糊粉层的OsVPE3可能通过类似caspase-3起作用;(3)GA可通过上调水稻糊粉层OssVPE3的相对转录水平及VPE活性水平,促进水稻糊粉层PCD进程,而ABA则显著降低OsVPE3相对表达水平及VPE活性,即ABA与GA存在拮抗作用,可逆转GA促进PCD的作用,从而延缓PCD的发生;(4)在整个液泡融合过程中都伴随着微丝结构的变化,即发生微丝的解聚与聚合。促进或抑制微丝解聚会加快或延缓液泡融合进程;同时,抑制VPE活性会延缓微丝的解聚,从而延迟液泡融合,因此,VPE可以通过微丝介导调节水稻糊粉层液泡的融合;(5)促进微丝解聚有助于诱导OsVPE3相对转录水平及VPE活性水平的上调,加快水稻糊粉层PCD进程;抑制VPE活性或类似caspase-1活性则逆转微丝解聚对VPE活性的上调效应,进而延缓水稻糊粉层PCD进程,推测微丝介导OsVPE3调控水稻糊粉层PCD的发生。综上结果证实,激活OsVPE3及解聚微丝均可加速水稻糊粉层细胞程序性死亡的发生。水稻糊粉层中的GA诱导OsVPE3,而OsVPE3进一步激活类似caspase-3,并且,OsVPE3通过与微丝协同作用调控水稻糊粉层PCD的进程。