脯氨酸积累是许多生物，包括高等植物，在环境胁迫下的一种非常显著的代谢适应机制，被认为对逆境中的植物起保护作用。但在正常的生长条件下，过量积累脯氨酸对植物生长却有抑制作用。近年的研究表明，脯氨酸或脯氨酸的代谢途径可能作为一种信号参与调节胁迫下植物的生长来使植物免受胁迫的伤害。　　为了探索脯氨酸调节植物生长的可能性，本研究通过外源施加脯氨酸，1）深入研究脯氨酸对植物生长的抑制作用。2）通过筛选对脯氨酸不敏感的突变体，鉴定脯氨酸作用中的关键调控元件，在分子水平上分析脯氨酸的作用机理及信号转导。　　我们的研究发现，虽然脯氨酸处理可以提高拟南芥幼苗的抗盐性，但在无胁迫的条件下，脯氨酸对拟南芥幼苗的生长有抑制作用，并且抑制作用随着浓度的增加而增强。20mM以上的脯氨酸可以明显的诱导烟草悬浮细胞内的钙信号以及拟南芥幼苗中钙离子依赖的活性氧的产生，导致对幼苗生长的抑制作用。此外，脯氨酸还可以诱导水杨酸的合成和PR(pathogen-related)基因的表达，并且PR基因的诱导是依赖于钙信号和活性氧的产生。其他氨基酸，如谷氨酸同样可以诱导PR基因的表达，但是精氨酸和苯丙氨酸却不能。我们的研究结果表明0.5mM的脯氨酸就可以诱导PR基因的表达。然而，脯氨酸却不能诱导茉莉酸信号途径。进一步的研究发现，脯氨酸诱导水杨酸的积累是NDR1而非PAD4介导。以上结果表明，外源的脯氨酸可以特异的诱导水杨酸的信号从而提高植物的抗逆性。　　为了研究上述脯氨酸的作用机理，我们从T-DNA插入的激活标签拟南芥突变体库中，筛选到了脯氨酸不敏感的突变体pre2(prolineresistance2)。pre2在正常生长条件下与野生型没有明显差别，但在脯氨酸存在的条件下，pre2的生长好于野生型。遗传分析表明，pre2是一个半显性突变体。经Tail-PCR鉴定，突变基因为Calmodulinl(CAM1)，T-DNA插在此基因的3UTR区，使CAM1的全长cDNA不表达，而编码区的表达下降了80％。可能是转录本稳定性下降所致。45mM脯氨酸处理时pre2中的过氧化氢的含量要明显低于野生型，说明脯氨酸诱导的活性氧产生可能是脯氨酸抑制植物生长的原因。但在正常生长条件下，pre2中的过氧化氢却高于野生型，说明CAM1在维持活性氧水平中起着多重作用。与此相对应，我们发现pre2中钙离子对脯氨酸抑制作用的促进比在野生型中弱。从拟南芥突变体库得到了另一个T-DNA插入在基因第二个外显子的cam1-2突变体，鉴定发现此突变体同样具有脯氨酸不敏感的表型。在pre2突变体中组成型表达CAM1全长cDNA可以部分恢复野生型对脯氨酸敏感的表型。而在野生型中转入反义CAM1cDNA可以减弱对脯氨酸的敏感性（类似于突变体的表型）。说明CAM1的突变导致的pre2的抗脯氨酸表型。尽管CAM家族蛋白序列的高度保守性，cam4并没有表现出脯氨酸不敏感性，说明了CAM1功能是特异的。对CAM1Promoter∷GUS转基因植株的研究表明CAM1基因在拟南芥幼苗的大部分器官中都有表达，但在根尖没有表达。实时定量检测发现，CAM1的表达受逆境激素ABA和SA的诱导。此外，pre2对NaCl的抗性和ABA的敏感性也有所增加，说明CAM1可能不但参与了脯氨酸诱导的活性氧产生还与NaCl、ABA等诱导的活性氧的产生相关。　　前人的报道表明，CAM可以激活下游的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸激酶(NADK)来产生活性氧，我们的结果发现nadk2，而不是nadk3突变体也表现出脯氨酸不敏感，说明脯氨酸诱导活性氧可能也遵循这一途径。　　综上所述，脯氨酸能够诱导活性氧的产生，一方面引起细胞凋亡的发生，最终导致植物生长受到抑制;另一方面脯氨酸可以引起水杨酸信号转导，从而诱导植物抗性基因的表达。