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根是植物吸收土壤水分和矿质营养的重要器官,为植物体提供机械支撑使其固定在土壤里。根系发育好坏将直接影响植物地上部的生长状况,因此对根系生长发育的研究具有重要的理论价值和实践意义。拟南芥的根具有结构简单、组织特异性强的特点,是研究植物根系发育分子机理的良好材料,而拟南芥根尖分生组织的建立与维持对根系的正常生长是必须的。本研究通过正向遗传学方法利用EMS诱变筛选获得两个拟南芥短根突变体prgi和dpr1,通过图位克隆的方法分别对突变位点进行定位,确定了候选基因PRGI和FPGS1,并对基因的功能进行互补验证。随后对它们的时空表达模式进行分析,并详细分析突变体的表型以及根尖干细胞、生长素等报告基因在突变体中的表达,揭示了PRGI和FPGS1在拟南芥胚胎和根发育中的重要作用及作用机制,获得的主要结果如下:（1）用EMS诱变拟南芥(Rop GEF7pro:GUS,Col-0)种子构建了突变体库。从中筛选获得2个短根突变体,并将这两个短根突变体分别命名为prgi和dpr1。（2）通过对短根突变体prgi的胚胎和胚后发育表型详细分析发现,突变体prgi的QC的特化与维持受影响进而导致根尖分生组织区细胞分裂活性降低和主根生长受抑制;除了根的发育异常,胚胎的形态建成也受到影响,胚后的子叶发育也出现异常。这表明PRGI在植物生长发育中具有重要作用。（3）遗传分析表明prgi中的突变位点为单基因隐性突变。利用图位克隆的方法,我们把突变基因定位在3号染色体的两个分子标记T5P19＿SNP＿80875和F28O9＿SNP＿4692之间。进一步通过对候选基因进行测序分析,发现突变体中PRGI基因中有一个碱基突变,氨基酸从丝氨酸（Ser）变为天冬酰胺（Asn）。通过构建功能互补载体并转化,转基因植株的表型和野生型无异,证明短根表型是PRGI突变引起的。由于PRGI基因编码Met合成途径上的一个关键酶,为验证该基因突变是否影响Met合成,我们通过外源添加Met可恢复其主根生长,进一步说明PRGI对胚后根的发育起重要的作用。（4）启动子-GUS活性和内源启动子启动的GFP标记融合蛋白分析表明PRGI在整个胚胎发育阶段和胚后发育过程中均有表达,亚细胞定位分析显示,PRGI定位在质体。（5）通过分析SCRpro-GFP、SHRpro-SHR-GFP、PLT1pro-PLT1-YFP和PLT2pro-PLT2-YFP等根尖干细胞微环境特异性的报告基因在突变体prgi胚胎与幼苗中的表达,发现与野生型相比,PLT1/2,SCR和SHR的表达在胚胎发育和胚后发育阶段都明显减弱,这说明,PRGI通过调节PLT1/PLT2和SHR/SCR途径进而在维持根尖干细胞微环境过程中发挥重要作用。（6）生长素报告基因DR5rev:GFP在突变体prgi中的表达减弱,PRGI影响胚胎和根尖生长素浓度高峰的建立;同时发现生长素输出载体PINs在突变体prgi胚胎或根尖的积累减少,影响了生长素的极性运输过程。（7）利用免疫荧光定位方法对突变体prgi根尖DNA甲基化水平的检测,发现prgi根尖DNA甲基化水平显著降低,表明PRGI的正常表达对于DNA的甲基化维持发挥着重要作用。（8）通过对另一个短根突变体dpr1的胚胎和胚后发育表型详细分析发现,突变体dpr1的主根生长受抑制,胚胎发育异常。进一步通过遗传分析定位发现dpr1中的突变为单基因隐性突变,基因定位显示该突变位点位于5号染色体AT5G05980的第二个外显子处,该基因编码叶酰聚谷氨酸合成酶（folylpolyglutamate synthetase 1,FPGS1）,参与叶酸的合成代谢过程。为验证突变表型确实是由FPGS1突变导致的,我们利用功能互补载体及外源添加5-CHO-THF都能够弥补突变体dpr1的缺陷表型。说明FPGS1在拟南芥胚胎和胚后发育中具有重要作用。（9）启动子-GUS活性和内源启动子启动的GFP标记融合蛋白分析表明FPGS1在胚胎发育阶段和胚后发育过程中均有表达,亚细胞定位分析显示,FPGS1定位于质体和胞质。（10）生长素报告基因DR5rev:GFP在突变体dpr1根尖的表达减弱,说明FPGS1影响根尖生长素浓度高峰的建立;同时发现生长素输出载体PINs在突变体dpr1根尖的积累减少,进而影响了生长素的极性运输过程。通过分析根尖干细胞报告基因PLT1/2在突变体dpr1根尖的表达,与野生型相比,PLT1/2的表达都明显减弱,表明FPGS1通过生长素依赖的PLT途径调节拟南芥根的正常生长发育。综上所述,PRGI基因主要在胚胎和根尖QC及周围干细胞区域表达,调控胚胎和胚后根的生长发育,并且与生长素途径相关。PRGI编码Met合成途径关键酶,该基因突变导致根尖DNA甲基化水平降低,表明PRGI可能通过影响DNA甲基化进而影响生长素途径调控胚胎和根的发育。另一个突变基因,FPGS1在胚胎和根分生组织都有较强表达,也参与调控胚胎和胚后根的生长发育,实验结果表明FPGS1与生长素途径相关。基因编码叶酸合成代谢相关蛋白叶酰聚谷氨酸合成酶,该基因突变导致根尖生长素高峰的建立以及生长素输出蛋白PINs的积累,同时也导致根干细胞转录因子PLT1/2在根尖的表达减弱,表明FPGS1可能是通过生长素途径调根的发育。