摘要
马尾松（Pinus massoniana Lamb.）是中国南方重要的用材及脂树脂生产树种。长叶石松二磷酸合酶（CPS）催化香叶基香叶基二磷酸（GGPP）环化为长叶石松二磷酸（CPP），是赤霉素（GAs）和多种二萜类化合物生物合成的关键步骤。本研究从马尾松（P. massoniana）中克隆了PmCPS，并表征了其蛋白质结构、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。进一步利用病毒诱导的基因沉默（VIGS）技术在马尾松（P. massoniana）中以及拟南芥（Arabidopsis thaliana）中的异源过表达研究了其生物学功能。PmCPS 表现出植物二萜合酶的特征结构特征。PmCPS 转录本在针叶中最为丰富，达到雌球花水平的约 90 倍；且在赤霉素 3（GA3）处理 3 小时后，其丰度显著增加至对照水平的约 1.7 倍。沉默PmCPS 使 CPS 酶活性从约 16.8 降至 12.0 IU g?1，GA3 含量从约 57 降至 46 ng g?1，并下调了与 2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸（MEP）途径及 GA 生物合成相关的基因。相反，在拟南芥（A. thaliana）中异源表达PmCPS 使 CPS 活性增加至野生型水平的 1.60–1.98 倍，内源 GA3 含量从 43.90 增至 71.50–80.39 ng g?1，鲜重积累量超过野生型植物的两倍，并显著加速了抽薹。在脱落酸（ABA）、茉莉酸甲酯（MeJA）、氯化钠（NaCl）和 D-甘露醇处理下，转基因植物的主根生长优于野生型植物。综上所述，这些发现表明PmCPS 是马尾松（P. massoniana）中与 GA 相关的二萜代谢的关键组分，可能通过调节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。本研究深化了我们对马尾松（P. massoniana）中二萜代谢及激素调节的理解，并鉴定出PmCPS 作为针对生长及胁迫相关性状进行分子育种的潜在候选基因。
