马尾松补骨脂二磷酸合酶PmCPS的克隆、功能表征及其在赤霉素合成与胁迫响应中的作用

《Plants》：Integrated Physiological, Transcriptomic, and Metabolomic Analyses Reveal Coordinated Responses of the Invasive Plant Pistia stratiotes to Copper Oxide Nanoparticles

　　# 摘要松科马尾松（*Pinus massoniana* Lamb.）是中国南方重要的木材及树脂树种。补骨脂二磷酸合酶（CPS）催化香叶基香叶基二磷酸（GGPP）环化为补骨脂二磷酸（CPP），是赤霉素（GAs）及多种二萜类化合物生物合成中的关键步骤。本研究从马尾松中克隆了PmCPS基因，并对其蛋白结构、系统发育关系、组织特异性表达模式及启动子顺式作用元件进行了表征。随后通过病毒诱导的基因沉默（VIGS）在马尾松中以及异源过表达在拟南芥（*Arabidopsis thaliana*）中进一步探究了其生物学功能。PmCPS表现出植物二萜合酶的结构特征。*PmCPS*转录本在针叶中最为丰富，其水平约为雌球果的90倍；在GA?处理3小时后，其丰度显著升高至对照水平的约1.7倍。沉默*PmCPS*后，CPS酶活性从约16.8 IU g?1降至12.0 IU g?1，GA?含量从约57 ng g?1降至46 ng g?1，同时下调了与2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸（MEP）途径及赤霉素生物合成相关的基因。相反，在拟南芥中异源表达*PmCPS*后，CPS活性提高至野生型的1.60–1.98倍，内源GA?含量从43.90 ng g?1增加至71.50–80.39 ng g?1，鲜重积累量超过野生型的两倍，并显著加速了抽薹过程。在脱落酸（ABA）、甲基茉莉酸（MeJA）、NaCl及D-甘露醇处理条件下，转基因植株的主根生长均优于野生型。综上所述，这些结果表明*PmCPS*是马尾松赤霉素相关二萜代谢的关键组分，可能通过调控质体异戊二烯代谢和植物激素稳态，参与植物的生长、发育及胁迫响应。本研究推进了我们对马尾松二萜代谢及激素调控的认识，并将*PmCPS*确定为靶向生长及胁迫相关性状的分子育种候选基因。