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各种环境胁迫均会使内质网（Endoplasmic reticulum,ER）的稳态失调,导致内质网胁迫（ER stress）的发生。胁迫下被诱导激活的未折叠蛋白质反应（Unfolded protein response,UPR）可通过减少内质网中错误折叠的蛋白质积聚来维持细胞存活,而内质网胁迫过于严重时,UPR则促进程序性细胞死亡（Programmed cell death,PCD）的发生。动物细胞中BAX Inhibitor 1（BI-1）可以通过和UPR受体IRE1（Inositol-requiring enzyme 1）的互作调节UPR信号通路,抑制PCD的发生,但植物对UPR活性的调节方式和细胞死亡转变的潜在分子机制了解较少。GAAPs（Golgi anti-apoptotic protein,GAAPs）作为植物细胞中有五个基因成员的BI-1的类因子,实验室前期研究发现,GAAP1/GAAP3不仅能抑制胁迫诱导的细胞死亡,还可与MAPR3相互作用共同调节依赖IRE1通路抵抗ER胁迫,还可通过削弱IRE1介导的UPR响应来促进短期胁迫后植物恢复生长。为进一步明确At GAAPs同源基因At GAAP4的功能,阐明GAAPs调控PCD的具体分子机制,本文以GAAP4的单突变体和GAAPs的多突变体为实验材料,探究其在多种非生物胁迫下的响应和作用机制。主要研究结果如下:1、GAAP4正调控ER胁迫抗性并抑制ER胁迫诱导的细胞死亡在TM诱导的ER胁迫条件下,多个GAAP4的单突变体株系在整体水平表现出对胁迫的高度敏感。细胞水平的台盼蓝和PI染色结果发现,GAAP4突变体中死亡细胞的数目和膜透性与野生型相比也显著增高,GAAP4的回复表达与过量表达在整体和细胞水平均可缓解GAAP4单突变在胁迫条件下的敏感表型。以上结果表明,GAAP4正调控ER胁迫抗性并抑制ER胁迫诱导的细胞死亡。2、GAAP1-GAAP4在抑制ER胁迫诱导的细胞死亡上基因冗余分析GAAP1-GAAP4相关多突变体的ER胁迫敏感性发现,g1g2g3三突变体和g1g2g3g4四突变体的地上部分和地下部分均表现出更高的敏感性,但三突变体和四突变体之间整体敏感性差异不大。台盼蓝染色结果表明,GAAPs多突变体的细胞死亡情况显著高于野生型,且g1g2g3g4四突变体的细胞死亡数目比g1g2g3三突变体多,在细胞水平的敏感性更高。以上结果说明,GAAP1-GAAP4在抑制ER胁迫诱导的细胞死亡上基因冗余。3、GAAP1-GAAP4正调控细胞内ROS的产生并抑制ER胁迫下ROS的积累DAB染色发现,在TM处理条件下,GAAP4单突变体与野生型相比,积累了更多的ROS,而GAAP4的回复株系和过表达株系仅有少量ROS积累,说明GAAP4可通过抑制ROS的过度积累来抵抗ER胁迫。进一步通过H2DCF-DA染色分析胞内ROS,GAAPs多突变体的荧光强度在对照条件下显著低于野生型,而在适应性胁迫处理条件下,野生型在胁迫处理后荧光强度下降,多突变体的荧光强度则受胁迫诱导增加,且显著高于野生型;在致死性ER胁迫条件下,多突变体的染色程度显著强于野生型,且随突变基因数目的增加而增强。转录水平检测与ROS产生、清除相关标记基因的表达变化发现,RBOHF和ERO1在突变体中上调,APX1和CAT1的变化趋势与野生型基本一致。说明GAAPs可能调节与ROS产生相关基因的表达进而调控正常条件下ROS的产生,又可抑制ROS在胁迫条件下的过度积累来缓解细胞死亡,即GAAP1-GAAP4正调控细胞内ROS的产生并抑制ER胁迫下ROS的积累。4、GAAP1-GAAP4抑制UPR和SA的上调抵抗ER胁迫诱导的PCDQ-PCR检测ER胁迫下的抗性相关通路的标记基因表达情况发现,短时间ER胁迫处理下,IRE1和b ZIP17/28两条UPR信号通路相关靶基因在GAAPs多突变体中的上调幅度显著高于野生型,且上调幅度随突变基因的数目增加而增高,表明GAAP1-GAAP4负调控UPR信号通路且存在基因功能的冗余现象。ER胁迫处理下,SA通路的靶基因PR-1和PR-2在GAAP1-GAAP4多突变体上调幅度显著高于野生型,且g1g2g3土壤培养材料在TM处理后的SA含量也高于野生型,说明ER胁迫可激活SA信号通路且GAAP1-GAAP4负调控SA信号通路的上调。这表明,GAAP1-GAAP4既有抑制UPR激活的功能,也可以通过抑制SA的上调抵抗ER胁迫诱导的PCD。5、GAAP4特异性的抑制渗透胁迫诱导的细胞死亡分析盐胁迫处理下幼苗时期GAAPs相关突变体的敏感性发现,GAAP4单突变体和g1g2g3g4四突变体的胁迫敏感性显著高于野生型,而g1g2g3三突变体的表型与野生型基本一致,表明GAAP4特异性的正调控植物的盐胁迫抗性。持续干旱处理土壤材料发现,GAAP4单突变体和g1g2g3g4四突变体对干旱胁迫高度敏感,生物量、MDA和脯氨酸含量均显著高于野生型,而g1g2g3三突变体的各个检测指标与野生型相比却无明显差异,表明GAAP4特异性的正调控植物的干旱胁迫抗性。且外源施加ABA发现,GAAPs相关突变体的敏感性均显著高于野生型,Q-PCR检测ABA信号通路的标记基因发现GAAPs的表达量在转录水平基本不影响植物对ABA的信号通路的转导过程。以上结果说明,GAAP4特异性的抑制渗透胁迫诱导的细胞死亡。综上所述,GAAP4正调控ER胁迫抗性,可通过减少胁迫条件下的膜损伤增加和ROS的积累来抑制细胞死亡的发生,同时,GAAP4在抵抗由干旱和盐等诱导的渗透胁迫条件下具有GAAPs同源蛋白的功能特异性。GAAP1-GAAP4不仅在抑制ER胁迫条件下植物细胞中UPR通路的上调中基因冗余,并且可以通过抑制SA的增加抵抗致死性或长期的ER胁迫条件下PCD的发生,帮助植物存活。这些实验结果对GAAPs调控非生物胁迫诱导的细胞死亡发生相关的分子机制的阐明具有重要的指导意义,进一步研究GAAP4参与响应渗透胁迫的作用机制,有利于提高人们对于植物体内抗性调节相关通路的认识,进而指导实际的生产实践。