PagTIP1；3基因调控84K杨盐胁迫响应的光合生理特性研究

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2026.04.008

摘要/Abstract

摘要：

液泡膜内在蛋白（tonoplast intrinsic proteins，TIPs）是水通道蛋白家族的重要成员，在植物水分平衡及逆境胁迫响应中发挥关键作用。本研究以PagTIP1；3基因为对象，利用野生型84K杨（Populus alba×P. glandulosa）及其PagTIP1；3敲除株系，解析PagTIP1；3基因在杨树盐胁迫响应中的功能及分子机制。结果表明：正常条件下，PagTIP1；3基因敲除导致植株叶片叶绿素含量降低，净光合速率及株高下降。盐胁迫下，敲除株系萎蔫与黄化症状加剧，株高显著降低；最大光化学效率、电子传递速率及叶绿素相对含量等光合生理指标均显著低于野生型。转录组分析显示，光合作用通路关键基因（PagLHCB7、PagGAPCP-2、PagPSY、PagRCA）在PagTIP1；3敲除株系响应盐胁迫时的表达模式与野生型存在显著差异。综上所述，PagTIP1；3基因缺失可能通过影响盐胁迫下杨树光合作用相关基因的转录响应，损伤光合电子传递与光保护能力，破坏生长及光合生理稳态，从而显著降低杨树的耐盐性。

关键词: 水通道蛋白, 转录组, 盐胁迫, 光合特性, 基因敲除

Abstract:

Tonoplast intrinsic proteins（TIPs）， as important members of the aquaporin family， play crucial roles in plant water balance and stress responses. In this study， the function and molecular mechanism of the PagTIP1；3 gene in response to salt stress were investigated in the leaves of wild-type 84K poplar（Populus alba×P.glandulosa） and PagTIP1；3 knockout lines. The results showed that under normal conditions， knockout of the PagTIP1；3 gene led to decreases in chlorophyll content， net photosynthetic rate， and plant height. Under salt stress， the knockout lines exhibited aggravated wilting and yellowing， significantly reduced plant height， and marked decreases in photosynthetic physiological parameters， including maximum photochemical efficiency， electron transport rate， and relative chlorophyll content， compared with the wild type. Transcriptome analysis revealed that the expression patterns of key genes involved in the photosynthetic pathway（including PagLHCB7， PagGAPCP-2， PagPSY， and PagRCA） were significantly altered in the PagTIP1；3 knockout lines in response to salt stress. In summary， it is speculated that PagTIP1；3 deficiency disrupted the transcriptional response of photosynthesis-related genes in poplar under salt stress， thereby impairing photosynthetic electron transport and photoprotection capacity， disturbing growth and photosynthetic physiological homeostasis， and ultimately significantly reducing salt tolerance in poplar.

Key words: aquaporin, transcriptome, salt stress, photosynthetic characteristics, gene knockout

中图分类号:

Q943.2

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图/表 8

表1

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引物名称 Primer name	上游引物（5′→3′） Upstream primer（5′→3′）	下游引物（5′→3′） Downstream primer（5′→3′）
PagTIP1；3-KO	ACAGCAACAACAGAGCTCCTC	CGAAGGTCACAGCCGGATTC
PagLHCB7-qPCR	TCTTTCTTGCAGCGACCGAT	GGGTCAATGGACAGACCCAG
PagGAPCP-2-qPCR	TCTTGTTGAAGCTTCCCGCT	CCTGCTGGAATTGAAGTGCC
PagPSY-qPCR	TCTCGGATGTCATAGCAGGA	ATTGCCCAGACAGCTCTTCG
PagRCA-qPCR	GACAATGTTCCCGAGGACGA	GCTCAAAAGTTGGGGGTCCT
Actin	ACACGGGGAGGTAGTGACAA	CCTCCAATGGATCCTCGTTA

差异表达基因组分 DEGs	差异表达基因数量 Number of DEGs
差异表达基因组分 DEGs	根 Root	茎 Stem	叶 Leaf
上调Up-regulated	1 611	430	27
下调Down-regulated	2 321	350	2
总数Total number	3 932	780	29

GO编号 GO ID	GO注释 GO description	基因数量 Gene number	P
GO：0003700	序列特异性DNA结合转录因子活性 Transcription factor activity，sequence-specific DNA binding	32	8.92×10^-9
GO：0006355	DNA模板化转录调控 Regulation of transcription，DNA - templated	45	6.75×10^-7
GO：0016491	氧化还原酶活性 Oxidoreductase activity	28	3.14×10^-6
GO：0055114	氧化还原过程 Oxidation-reduction process	51	1.89×10^-5
GO：0005975	碳水化合物代谢过程 Carbohydrate metabolic process	36	4.27×10^-5
GO：0019752	羧酸代谢过程 Carboxylic acid metabolic process	29	7.53×10^-5
GO：0055085	跨膜转运 Transmembrane transport	38	9.16×10^-5
GO：0043169	阳离子结合 Cation binding	41	1.24×10^-4
GO：0016209	抗氧化活性 Antioxidant activity	18	2.68×10^-4
GO：0006412	翻译 Translation	25	3.95×10^-4

GO编号 GO ID	GO注释 GO description	基因数量 Gene number	P
GO：0001071	核酸结合转录因子活性 Nucleic acid binding transcription factor activity	43	7.84×10^-8
GO：0006355	DNA模板化转录调控 Regulation of transcription，DNA-templated	62	5.77×10^-5
GO：0003700	序列特异性DNA结合转录因子活性 Transcription factor activity，sequence-specific DNA binding	43	7.84×10^-8
GO：0004722	蛋白丝氨酸/苏氨酸磷酸酶活性 Protein serine/threonine phosphatase activity	14	5.23×10^-6
GO：0006470	蛋白质去磷酸化 Protein dephosphorylation	15	2.74×10^-5
GO：0005984	二糖代谢过程 Disaccharide metabolic process	10	6.35×10^-7
GO：0016052	碳水化合物分解代谢过程 Carbohydrate catabolic process	11	2.39×10^-5
GO：0009311	寡糖代谢过程 Oligosaccharide metabolic process	10	3.25×10^-6
GO：0044723	单生物体碳水化合物代谢过程 Single-organism carbohydrate metabolic process	23	1.08×10^-5
GO：2000112	细胞大分子生物合成过程调控 Regulation of cellular macromolecule biosynthetic process	62	7.83×10^-5