植物生长发育的本质是基因在不同时期、不同空间的选择性表达引起的生理生化活动以及形态上的变化。该过程由内部遗传基础以及外部环境因素共同调控。植物生长发育由受精卵开始,受精卵经合子激活、极性建立以及器官分化等一系列过程,发育为含有部分组织和器官原基的胚胎。随后在内在发育信号与外界环境信号的共同调控进行胚后发育。本论文运用生理学、细胞生物学、遗传学、分子生物学等手段,探究了4个植物生长发育关键基因的功能,它们分别编码拟南芥小肽蛋白 AtSLO8 和特殊 PPR（Pentatricopeptide repeat）蛋白 GRP23（GLUTAMINE-RICH PROTEIN 23）、玉米 PPR 蛋白 ZmPPR21 和 ZmPPR26。1.内膜系统细胞器间的信息交换在植物生长发育及环境应答中扮演重要角色。本章节对拟南芥中定位于内膜系统的小肽蛋白AtSLO8进行了初步研究。主要结果表明:（1）AtSLO8编码植物特有的小肽。AtSLO8由57个氨基酸组成,氨基端含有单次跨膜结构域。亚细胞定位结果显示,AtSLO8定位于顺式及反式高尔基体以及内体中。（2）AtSLO8的突变影响了拟南芥生长发育的多个过程,包括胚胎发育、下胚轴伸长、根的生长以及叶片的发育等。过表达AtSLO8使拟南芥种子变大、根长增加、叶片变大和植株高度增加。（3）透射电镜观察结果表明,与野生型相比,atslo8突变体根中高尔基体及内体结构异常,小液泡中含有大量未降解的由单层膜包裹的小囊泡,同时在质膜附近累积大量小囊泡。（4）通过免疫共沉淀及TurboID临近标记鉴定到多个AtSLO8互作蛋白,其中包括COP Ⅱ囊泡形成过程中的小G蛋白AtSAR1B（Secretion-associated and Ras-relatedprotein 1B）。进一步的实验证明,AtSAR1B与AtSLO8共定位。通过分离泛素介导的膜蛋白酵母双杂实验、双分子荧光互补和pull-down实验证实了AtSLO8与AtSAR1B的互作,但是该互作是否影响拟南芥生长发育或胁迫响应还需要进一步研究。综合上述结果,AtSLO8可能参与植物细胞内膜系统内物质运输过程,进而影响植物的生长发育,但具体的分子机制需要进一步解析。2.PPR蛋白参与细胞器RNA转录后加工过程,对植物生长发育起着非常重要的调控作用。之前研究表明,拟南芥PPR蛋白GRP23定位于细胞核中作为转录调节因子影响种子发育。本课题组前期结果表明GRP23同时定位于线粒体、叶绿体及细胞核中,并参与线粒体352个位点和叶绿体6个位点的胞嘧啶到尿嘧啶编辑。但其参与如此多位点编辑的机理并不清楚。本章节研究发现,GRP23通过与非典型 PPR-DYW 蛋白和 MORF（Multipleorganellar RNA editingfactors）蛋白互作参与线粒体RNA的编辑。主要结果如下:（1）TurboID临近标记在拟南芥中鉴定了与GRP23互作的三类蛋白:非典型 PPR-DYW蛋白（DYW2、MEF8 和 MEF8S）、MORF 蛋白（MORF1 和 MORF8）以及特殊的P类PPR蛋白（NUWA和GRP23本身）。（2）酵母双杂以及双分子荧光互补实验结果表明,GRP23与非典型PPR-DYW蛋白及MORF蛋白互作,非典型PPR-DYW蛋白与MORF蛋白之间也存在互作。（3）GRP23蛋白截短进行酵母双杂的结果表明,GRP23的氨基端结构域介导了它与三个非典型PPR-DYW蛋白的互作,羧基端结构域介导和MORF蛋白互作。（4）双分子荧光互补实验表明,PPR-E蛋白与MEF8/MEF8S蛋白有微弱互作,而同时表达GRP23增强了 PPR-E与MEF8/MEF8S的互作。说明PPR-E蛋白通过招募MEF8/MEF8S作为脱氨酶进行脱氨反应,而GRP23增强了 PPR-E-MEF8/MEF8S编辑复合体的稳定性。（5）双分子荧光互补实验或荧光素酶互补实验结果表明,GRP23形成同源二聚体以及和NUWA形成异源二聚体。酵母双杂结果表明,NUWA也与非典型PPR-DYW蛋白互作。（6）氨基酸序列比对结果表明,GRP23与NUWA蛋白序列相似,尤其在氨基端和PPR结构域。遗传互补实验表明,GRP23羧基端的CC（coiled-coil）结构域和WQQ结构域与NUWA羧基端结构域有相似的功能。基于上述研究结果,提出了线粒体编辑复合物可能的工作模型,即PPR-E蛋白特异性招募MEF8/MEF8S作为脱氨酶,而PPR-E+蛋白特异性招募DYW2,随后GRP23、或/和NUWA和MORF蛋白加入并稳定E+和E类型编辑复合体的形成。3.玉米中含有数百个定位于线粒体或叶绿体的PPR蛋白。由于线粒体功能对玉米种子发育至关重要,线粒体关键PPR基因的突变常常导致种子致死。本章节对一个线粒体中对玉米种子发育起重要功能的P类PPR蛋白ZmPPR21进行了研究。ZmPPR21突变产生空果皮表型。对线粒体转录本进行分析发现,ZmPPR21的突变使nad2基因的内含子1、2和4无法正常剪接,导致nad2成熟转录本含量严重降低。zmppr21突变体中线粒体呼吸链复合物Ⅰ无法组装且活性严重下降,导致种子败育。研究还发现,ZmPPR21与两个特殊的P类PPR蛋白PPR-SMR1和SPR2互作。另外一个也同样负责nad2内含子1、2和4剪接的P类PPR蛋白EMP12也与PPR-SMR1和SPR2互作。PPR-SMR1和SPR2负责超过一半以上的线粒体内含子剪接,且彼此之间也互作。这些结论表明线粒体中可能存在一个由PPR-SMR1/SPR2/P类PPR蛋白组成的主要剪接模式。4.玉米中参与叶绿体RNA编辑的PPR蛋白少有报道。本章节对一个定位于叶绿体中的PPR-DYW蛋白ZmPPR26进行研究。ZmPPR26突变呈现白化且幼苗致死表型。zmppr26突变体中atpA-1148位点的编辑完全缺失,ndhF-62、rpl20-308、rpl2-2、rpoC2-2774、petB-668、rps8-182和ndhA-50位点的编辑效率降低。进一步功能研究表明,atpA-1148位点的编辑缺失导致叶绿体ATPase组装异常且光系统蛋白的含量显著下降。这些结果表明ZmPPR26是atpA-1148位点编辑的重要因子。atpA-1148的编辑对AtpA蛋白功能、ATPase组装及叶绿体生物发生至关重要。