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根是植物的重要器官之一,根系除了固着植物之外,还负责吸收矿质营养以及水分,因此对于植物生长发育起到重要的作用。植物干细胞池是根尖干细胞的来源,不但在植物的生长发育过程中起着重要的作用,而且是植物适应环境的信号调控中心。目前研究报道,PLT蛋白途径、SCR-SHR蛋白途径、WOX5调控途径、环境因子和各种激素均参与植物干细胞池的维持。但是参与根尖干细胞池的具体调控机制尚不清楚,因此,我们的研究致力于寻找一个新的与根尖生长发育有关的调控因子。这对进一步阐明根尖干细胞池的调控机制具有重要意义。本研究以模式植物拟南芥为实验材料,在半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因超家族发现了一个具有明显根短表型的突变体,并对其进行了表达分析、功能鉴定和作用机理研究,主要结果如下:(1)筛选鉴定半胱氨酸蛋白酶抑制剂超家族突变体表型时,发现了一个在正常生长条件下具有明显根短表型的的T-DNA插入突变体,插入位点位于第一个外显子,将其命名为prod1-1(primary root defective 1-1)。(2)通过检测幼苗期prod1-1和WT的根长,发现prod1-1突变体与WT相比,根短差异从萌发第1天到第7天一直存在,表明prod1-1突变体虽然根系发育迟缓,但根尖分生组织的生命活动并未终止,主根可以伸长。此外,构建了PROD1的超表达株系,超表达株系根长与WT相比基本一致。(3)通过将WT和prod1-1突变体在培养箱中生长7天的幼苗转移到营养基质中,在22℃长日照条件下继续生长15天观察生长表型,测量其根长、莲座叶重量以及直径。研究发现prod1-1突变体在成苗期也具有根短的表型,但是地上部分没有明显的发育缺陷表型。(4)利用半定量RT-PCR法首先对PROD1进行了组织表达分析,结果表明PROD1在拟南芥莲座叶、茎生叶、茎、花、根、发育的果荚和种子中均有表达,在莲座叶、果荚和花中表达量最高。此外,研究发现PROD1在盐胁迫条件下转录表达水平提高,prod1-1突变体在幼苗期具有盐敏感表型。通过烟草瞬时转化法和构建稳定拟南芥转化株系均发现PROD1定位在细胞质。(5)通过碘化丙啶(PI)染色发现prod1-1突变体根尖分生组织长度比WT短,其分生组织细胞数目比WT少。表明PROD1可以正调控根尖分生组织的大小。一旦功能受损,根尖分生组织生长速度减慢,进而导致根短表型。(6)通过杂交的方式,向纯合突变体prod1-1中分别引入了能快速灵敏地反映根尖生长素水平的DR5:GUS以及三个生长素输出载体PIN1(PIN-FORMED1)、PIN2和PIN7,分析发现prod1-1突变体中生长素积累明显增多,PIN蛋白积累减少。这些结果表明PROD1通过生长素途径来调控主根的生长发育。(7)通过DAB染色和NBT染色检测了突变体及野生型体内的过氧化氢和超氧阴离子的含量,发现突变体的过氧化氢以及超氧阴离子的含量均高于野生型,这个结果显示,PROD1通过影响体内活性氧的积累来调控主根的生长发育。(8)利用蛋白质原核诱导技术成功诱导出了PROD1蛋白,分离纯化后进行酪蛋白水解实验。实验结果发现PROD1没有半胱氨酸蛋白酶抑制剂的活性。(9)利用酵母双杂交筛库实验,鉴定到PROD1的互作蛋白DFP(DUF1677family protein,AT1G72510)。