杨树脯氨酸合成关键基因PagP5CS1全长克隆及功能验证

杨树是重要的工业用材树种。我国北方干旱和半干旱地区水分匮乏,干旱已成为影响杨树人工林可持续发展的一个重要因素。游离脯氨酸的积累常常在植物应对干旱等渗透胁迫时出现,以缓解干旱胁迫带给植物的损害。P5CS作为编码脯氨酸合成关键酶的基因,对于植物调控游离脯氨酸合成、增强耐干旱能力非常关键。该研究克隆84K杨脯氨酸合成代谢的关键基因PagP5CS1并在银中杨内进行遗传转化,从表型、分子和生理水平上对PagP5CS1转基因杨树株系进行了功能鉴定。本研究构建的PagP5CS1超表达载体通过叶盘法转化至银中杨叶片,成功获得12个PagP5CS1超表达杨树株系,其中P5CS1基因表达量最高的转基因株系为野生型表达量的8.3倍。经过干旱胁迫处理,相对于野生型,超表达株系叶片萎蔫程度更低;在干旱胁迫下,超表达株系中P5CS1基因表达量和脯氨酸含量均高于野生型,说明P5CS1超表达增强了杨树的耐旱性,P5CS1基因在干旱胁迫下发挥了正向调控作用。综上所述,杨树P5CS1基因对干旱胁迫高度响应,PagP5CS1超表达杨树会通过增加脯氨酸积累来增强杨树的耐旱性。