极性生长(polargrowth)是植物细胞中普遍存在的现象，迅速的尖端生长依赖于大量膜和细胞壁组分在极性生长尖端的积累来维持。已有的研究表明，小分子GTP结合蛋白如ROPs和ARFs，通过调节细胞内膜泡转运在极性生长过程中发挥重要作用。为了研究膜泡转运在植物发育过程中的作用，作者分离了一个Ds插入突变体，TAIL-PCR鉴定发现，这个突变体的Ds插入在一个预测的ARFGAP基因，造成该基因功能的缺失，我们将该突变体命名为rootandpollenarfgap(rpa)。表型分析确认，rpa幼苗根毛表现出不同于野生型的膨大、缩短及分叉等特征。体外花粉萌发实验表明，rpa花粉管生长速率慢于野生型。RPA基因编码N-端含有一个ARFGAP结构域的蛋白。启动子分析及RT-PCR结果显示RPA在根、花粉粒及花粉管特异表达。亚细胞定位结果显示，RPA定位在高尔基复合体，且RPA的高尔基体定位信号位于其C-端79个氨基酸。体外活性检测实验表明，RPA具有ARFGTPases激活活性，并且特异地催化ADP-RibosylationFactor1(ARF1)和U5(ARF1-Likeprotein，ARL)的GTP水解。RPA对酵母glo3△gcs1△突变体的成功功能互补说明RPA作为一个ARFGAP在高尔基体和内质网的膜泡转运过程中起作用。综上所述，我们初步证明RPA可能是通过调节ARF1和U5的活性参与到高尔基体和内质网间的膜泡转运，从而在根毛和花粉管发育过程中起重要作用。本文还初步分析了RPA所在的ARFGAP家族Ⅱ的功能，这个家族其他成员的T-DNA插入突变体都没有表现出任何可见的表型，进一步与rpa的双突变分析亦没有发现任何不同于rpa单突变的表型，因此我们推测，ARFGAP家族Ⅱ可能存在很严重的功能冗余。 第二章rpa突变体鉴定及RPA基因功能分析摘要：通过Ds插入的方法我们得到一系列突变体，其中sgt3118突变体雌雄配子发育均受到影响。Alexander染色显示，其1/3花粉败育，打开荚果发现约有1/3胚珠不能正常发育。Tail-PCR结果显示Ds插入在At2g35210第三个外显子ATG下游670bp处，并造成3个碱基的顺向重复，Southern杂交结果显示Ds是单拷贝插入。但是进一步分析发现，Ds插入纯合体是完全可育的，将其作为父母本分别与野生型杂交，F1代表现出孟德尔式的3：1分离，我们又从F2代分离出花粉与胚珠有表型但PCR鉴定没有Ds插入的植株，及花粉和胚珠没有表型但PCR鉴定有Ds插入的植株，说明Ds的插入与sgt3118的配子体部分败育表型是不连锁的，通过与野生型植株进行回交得到了有Ds插入而育性不受影响的植株。进一步分析，发现Ds插入纯合体根毛与野生型相比表现出较短、膨大及分叉的特点，且主根的长度也短于野生型。体外花粉萌发结果显示，Ds插入纯合体的花粉萌发率与野生型相比无显著差异，但花粉管伸长要明显短于野生型，因此我们将Ds插入突变体命名为rootandpollenarfgap(rpa)。同时，对另外一个插入At2g35210启动子区的T-DNA插入植株Salk000767进行了分析，结果表明Salk000767根毛的表型与rpa相似，同样表现为根毛较短、膨大及分叉等特点，主根长度也明显比野生型短。对RPA基因序列进行分析，发现它的编码蛋白含有一个ARFGAP结构域，且与动物中的小分子GTPases激活蛋白ARFGAP1及酵母中的GL03、GCS1有很高的同源性，这些蛋白主要参与高尔基体与内质网间的膜泡转运。启动子分析及RT-PCR结果均显示，RPA基因在花粉及根中特定部位表达，亚细胞定位分析表明，RPA蛋白定位在高尔基体，并且其定位信号位于C-端79个氨基酸。体外活性检测显示，RPA蛋白具有ARFGTPases激活活性，并且特异催化小分子GTPasesARF1和U5的GTP水解。另外，RPA能够互补酵母中的ARFGAP突变体glo3△gcs1△的表型，说明RPA能够在酵母中作为ARFGAP起作用。细胞中的高尔基体定位及体外ARFGAP活性结果均表明，RPA是植物中一个新的ARFGAP，通过调节小分子GTPasesARF1及U5的活性，可能参与到高尔基体与内质网间的膜泡转运，进而调节根毛及花粉管极性生长。 第三章ARFGAP家族Ⅱ初步分析摘要：根据序列比较结果及结构域的不同，拟南芥ARFGAP家族可分为四类，其中RPA与其他五个成员AT5G54310，AT3G53710，AT2G37550，AT4G17890及AT5G46750同属于第二类，只含有一个ARFGAP结构域。RT-PCR结果显示，除RPA在花和根中特异表达外，其他五个成员在各个组织中均有表达，只是表达量有所不同。进一步分析表明ARFGAP家族Ⅱ的6个成员在花粉中均有表达，RPA基因表达量最高，其次是AT5G54310，AT5G46750表达量最低。酵母glo3△gcs1△突变体的功能互补实验结果显示，AT5G54310和AT5G46750能够互补酵母glo3△gcs1△突变体的表型，而AT2G37550和AT4G17890则不能。除rpa突变体外其他5个成员的T-DNA插入单突变体无论在营养生长还是生殖生长方面都没有任何表型，双突变体rpaat5g54310，rpaat3g53710，rpaat2g37550，rpaat4g17890及rpaat5g46750并没有加强rpa单突变体的表型，育性方面也没有受到影响，所以我们推测，ARFGAP家族Ⅱ可能存在很严重的功能冗余。