作为陆生固着生物，植物经常会面临各种环境胁迫，比如干旱和冷冻胁迫。脯氨酸积累是植物响应这些逆境胁迫的最重要的适应性机制之一。虽然目前对植物体内脯氨酸代谢途径的研究比较多且比较清楚，但对植物在逆境条件下如何调节脯氨酸动态平衡的分子机制还了解的很少。本研究中，我们鉴定了一个拟南芥基因DFR1编码一种未知的线粒体蛋白，这种蛋白参与了植物对脯氨酸降解途径的调控。DFR1基因通过不同的mRNA剪切方式主要编码两种不同的蛋白，我们将这两个转录本分别命名为DFR1.1和DFR1.2，它们均被干旱和低温胁迫强烈诱导。表型分析表明，DFR1敲低突变体（dfr1）表现出对干旱和冷冻胁迫的高度敏感性，而DFR1.1OE和DFR1.2OE过表达植株则表现出对干旱和冷冻胁迫的高度耐受性。此外，在正常条件下，DFR1基因并不显著影响植株的生长，而在中度的干旱和低温胁迫条件下，DFR1基因则会显著提高植株的生物量。更为重要的是，DFR1基因的完全缺失是致死的，表明DFR1基因对植物的生长发育至关重要。进一步的研究显示，DFR1介导的干旱与低温胁迫耐受性与植物体内脯氨酸的积累成正相关性。此外，我们也发现DFR1.1和DFR1.2蛋白均能与脯氨酸降解途径上的三个酶PDH1，PDH2，P5CDH相互作用，并且显著抑制它们的活性。而且，当干旱和低温胁迫解除后，DFR1基因的表达量快速下降，使得PDH和P5CDH酶的活性被迅速释放，植株快速降解多余脯氨酸使其恢复到正常水平。进一步的遗传上位性研究表明，DFR1基因作为PDH1，PDH2，P5CDH基因的上游调控因子正调节干旱与冷冻胁迫的耐受性。因此，我们的实验结论是:在干旱与冷冻胁迫条件下，未知蛋白DFR1与PDH1，PDH2，P5CDH酶相互作用并抑制它们的活性，从而引起脯氨酸积累，最终提高植物对干旱和冷冻甚至其它胁迫的耐受性。此外，脯氨酸也是甜菜碱，2-乙酰基-1-吡咯啉等多种食品风味化合物的前体，提高脯氨酸含量对改良食品品质十分重要，因此研究脯氨酸代谢在食品生物技术领域也具有重要意义。