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高等植物中,鞘脂分子是质膜的重要结构组分,同时也作为重要的信号分子参与调控生长发育和胁迫反应响应。拟南芥丝氨酸棕榈酰基转移酶(Serinepalmitoyltransferase,SPT)作用于鞘脂从头合成途径的第一步,是鞘脂从头合成途径的关键酶之一。SPT是由LCB1(Long Chain Base1)和LCB2亚基形成的异源二聚体。拟南芥fumonisin B1-resistant11-1(fbr11-1)突变体是LCB1功能部分缺失突变体,具有抗真菌毒素fumonisin B1(FB1)诱导细胞编程性死亡(Programmed cell death,PCD)的表型。为了进一步研究SPT在拟南芥生长发育中的功能,我们分离得到FBR11/LCB1的功能完全缺失突变体fbr11-2,以及编码LCB2的2个同源基因LCB2a和LCB2c功能完全缺失的双突变体。遗传和表型分析证明,fbr11-2或lcb2a lcb2c双突变导致拟南芥育性降低以及严重的雄配子体败育,暗示拟南芥LCB1和LCB2组成的SPT在拟南芥雄配子体发育过程中具有重要作用。此外,亚细胞结构观察和末端转移酶标记(TdT-mediated dUTP nick—end labeling,TUNEL)实验证明fbr11-2和lcb2a lcb2c败育雄配子体具有典型的PCD特征,暗示SPT功能异常的雄配子体在两轮花粉有丝分裂之间发生凋亡。
为了深入研究PCD在基因突变导致雄性不育中的作用机制,我们利用遗传和细胞生物学方法对具有PCD特征的花粉粒败育表型突变体进行筛选,得到12株pcd inmale gametogenesis(pig)突变体。对12株pig突变体的表型分析表明,除了pig12的雄配子体败育发生在两次有丝分裂之间,pig1至pig11的雄配子体败育发生在减数分裂完成之后至第一次有丝分裂之前；pig突变体的自交后代分离分析实验表明,pig1和pig2是孢子体突变体,pig3至pig12是雄配子体败育突变体,暗示不同阶段的拟南芥败育雄配子体都具有PCD特征。此外,我们重点对pig1进行遗传分析。图位克隆、测序和等位分析实验证明pig1是减数分裂过程中DNA损伤修复缺陷突变体ataxia telangiectasia mutated-2(atm-2)的等位突变体。pig1败育单核花粉粒中PCD特征暗示从减数分裂检验机制中逃逸的pig1异常小孢子在有丝分裂之前以PCD的方式发生败育。综合拟南芥fbr11-2,lcb2a lcb2c以及pig雄配子体败育突变体的研究结果,PCD监控拟南芥雄配子体各个阶段的发育,对拟南芥的生殖发育具有重要生物学意义。