植物根系在植物吸收水分、营养物质以及物质合成等方面发挥着关键作用。Rab8d作为质体蛋白翻译延伸因子,不仅调控叶绿体发育,而且参与调控植物耐热性,以及调控花粉粒中质体活性和植物叶片发育等过程。本研究还发现Rab8d在主根发育过程中也发挥关键作用。本研究通过对拟南芥突变体rab8d的主根表型进行观察和分析,结合激素或化学药物处理、转录组分析、遗传学验证等进一步探究了 Rab8d影响根发育的分子机理。主要研究结果如下:1.本研究筛选了三个Rab8d T-DNA插入突变体(rab8d-1、rab8d-2和rab8d-3),系统地分析了 rab8d突变体的主根表型。研究发现,主根长度与Rab8d的表达水平呈正相关;rab8d突变体分生区细胞数目减少,是导致主根生长迟缓的重要原因;rab8d突变体根尖淀粉粒分布异常,根尖干细胞龛(Stem Cell Niche,SCN)出现程序性细胞死亡(Programmed Cell Death,PCD),并且静止中心(Quiescent Center,QC)细胞开始分裂。林可霉素和壮观霉素的处理实验说明,Rab8d对根发育的影响可能不依赖于质体蛋白翻译。2.构建Rab8d本底启动子驱动的Rab8d-GFP表达载体(Rab8dpro:Rab8d-GFP),转化拟南芥,筛选到纯合、稳定表达的Rab8dpro:Rab8d-GFP转基因株系。共聚焦显微镜观察发现,Rab8d蛋白在质体中均匀分布,37℃热激条件下Rab8d蛋白在质体产生聚集。并且证明了 Rab8d可能还参与胚胎发育过程中质体/叶绿体的成熟以及根中质体的系统分布。3.rab8d-2突变体主根生长素信号降低,静止中心生长素极值消失。PIN1、PIN2、PIN3和PIN7的积累减少,表明生长素极性运输减弱可能是主根生长素信号降低的重要原因。调控静止中心活性的转录因子编码基因(SCR、SHR、PLT1和PLT2)表达量均下降。表明rab8d-2静止中心发生细胞分裂可能与生长素、PLT和SHR信号通路受损相关。低浓度的外源生长素或油菜素内酯处理不能恢复rab8d-2的表型。4.取材5 DAG(Days after germination)野生型和rab8d-2突变体幼苗根部进行转录组测序。分析结果显示,与野生型相比,rab8d-2突变体有2587个基因表达上调,2149个基因表达下调。rab8d-2突变体中SCR、SHR、PLT1和PLT2的mRNA水平下调,WOX5的mRNA水平上调,这些结果与共聚焦显微镜观察的结果一致。5.rab8d-2突变体中SMR5表达量升高,根分生组织中的细胞周期进程受影响。通过构建smr5rab8d-2双突变体,分析表型发现SMR5功能的丧失可以部分恢复rab8d-2突变体分生区的大小,从而恢复根长。揭示Rab8d可能通过SMR5介导根尖分生区大小。6.通过DAB和NBT染色的方法分别对5 DAG野生型和rab8d-2突变体幼苗中的H2O2和超氧阴离子的含量进行检测,结果发现rab8d-2突变体根超氧阴离子的积累水平高于野生型根,尤其是根的伸长区更为明显。而GSH、DPI处理对rab8d-2突变体的表型没有明显影响。这些结果表明rab8d-2突变体中SMR5的诱导可能不依赖ROS。7.ERF115在rab8d-2突变体中的表达水平因根系损伤信号的影响而升高。通过构建ERF115SRDX rab8d-2双突变体,表型分析发现ERF115功能缺陷可以恢复rab8d-2突变体主根静止中心细胞的结构。说明Rab8d可能通过ERF115介导根尖静止中心细胞的活性。