程序性细胞死亡(programmed cell death，PCD)是一种受到遗传调控的细胞死亡方式，在各种生命活动中发挥重要作用。动物中，程序性细胞死亡尤其是细胞凋亡(apoptosis)的机制研究得比较清楚，但在植物中，程序性细胞死亡的机理研究还相对有限。此前，本实验室克隆了一个EMS(ethyl methanesulfonate)诱变产生的拟南芥细胞死亡突变体，命名为mosaic death1(mod1)。MOD1基因编码参与脂肪酸从头合成的质体定位的烯酰-ACP还原酶(enoyl-acyl carrier protein reductase，ENR)。mod1突变体中，该基因的突变导致烯酰-ACP还原酶活性和总脂肪含量显著降低，表现出新生叶片黄化卷曲、主花序轴早衰、角果扭曲和植株半矮化等表型。此外，mod1突变体中还存在DNA片段化的现象，暗示mod1中的细胞死亡属于程序性细胞死亡。随后，本实验室通过对T-DNA插入诱变产生的mod1抑制突变体(suppressor of mod1，som)的研究发现，mod1突变体中存在活性氧(reactive oxygen species，ROS)积累，而线粒体电子传递链(electron transport chain，ETC)复合体Ⅰ(complexⅠ)的活性降低能够抑制mod1中活性氧的积累，从而抑制细胞死亡的发生。　　线粒体中复合体Ⅰ的功能缺陷可以抑制由叶绿体中MOD1功能降低所造成的细胞死亡表型，这一结果暗示，在MOD1突变导致的细胞死亡过程中叶绿体与线粒体之间存在信息交流，但叶绿体与线粒体之间的信号转导机制尚不清楚。为了深入研究这一信号途径，进一步了解MOD1突变导致的细胞死亡机制，本研究首先对mod1进行了EMS诱变，筛选并克隆了一系列不影响线粒体复合体Ⅰ活性的mod1抑制突变体，其中SOM410、SOM430和SOM2167编码质体定位的NAD依赖的苹果酸脱氢酶(PLASTIDIAL NAD-DEPENDENT MALATE DEHYDROGENASE,plNAD-MDH)，负责催化质体内苹果酸(malate)与草酰乙酸(oxaloacetate，OAA)之间的可逆转化，同时氧化或还原NAD(H);SOM787、SOM812和SOM2073编码叶绿体被膜定位的二羧酸转运蛋白1(DICARBOXYLATE TRANSPORTER1，DiT1)，负责将叶绿体内的苹果酸外运至细胞质基质中，同时将细胞质基质中的草酰乙酸和α-酮戊二酸(2-oxoglutarate，2-OG)运入叶绿体中;SOM328、SOM369、SOM2169和SOM2211编码线粒体定位的苹果酸脱氢酶1(MITOCHONDRIAL MALATE DEHYDROGENASE1，mMDH1)，负责催化线粒体内苹果酸与草酰乙酸之间的可逆转化，同时氧化或还原NAD(H)。通过遗传与生化分析，发现plNAD-MDH、DiT1或mMDH1的功能丧失可以抑制mod1中活性氧的积累和细胞死亡的发生。由于plNAD-MDH、DiT1和mMDH1都是植物苹果酸-草酰乙酸穿梭(malate-oxaloacetate shuttle，malate-OAA shuttle)途径中的重要成员，由此推测在mod1突变体中携带还原力的苹果酸通过苹果酸-草酰乙酸穿梭途径进入线粒体中，导致线粒体中NADH水平的升高，引发活性氧的产生与积累，从而导致细胞死亡的发生。为了验证这个假设，测定了不同材料中叶片总体苹果酸含量，以及分离出的叶绿体和线粒体中苹果酸含量。测定结果表明这些材料中苹果酸含量变化与假设一致，说明苹果酸-草酰乙酸穿梭途径确实负责叶绿体和线粒体之间的信号交流。　　由于mod1突变体的表型会随着光照时间的延长而变得更加显著，结合以上细胞器之间信号通路的发现，推测mod1的抑制突变体可能对过量光能具有更强的耐受力。通过测定不同光周期条件下野生型和mod1抑制突变体的地上部分鲜重，发现mod1抑制突变体确实对过量光能有更强的耐受力。　　由于携带还原力的苹果酸在动植物中是普遍存在的，哺乳动物中线粒体定位的MDH2与拟南芥mMDH1是同源蛋白，因此可以推测，由苹果酸引发的细胞死亡机制在动植物中是保守的，且MDH2在其中发挥重要作用。实验结果表明，经苹果酸处理后，HeLa细胞（人宫颈癌细胞系）中活性氧和细胞死亡水平均显著升高，而苹果酸诱导活性氧和细胞死亡水平升高的作用在MDH2表达量降低的HeLa中减弱了。这一结果说明由苹果酸引发的细胞死亡机制在动植物中是保守的，且线粒体定位的苹果酸脱氢酶在其中都发挥重要作用。