作为高等植物体内一种广泛存在的渗透调节物质,脯氨酸代谢在植物响应逆境胁迫及生长发育过程中发挥多种保护功能。为了更好地利用脯氨酸代谢调控机制进行菊花(Chrysanthemum×morifolium Ramat.)的抗逆性改良,本研究利用比较基因组学的方法,对抗逆性强的菊属近缘野生种—甘菊[Chrysanthemum lavandulifolium (Fisch. ex Trautv.) Makino]和耐盐性不同的切花菊品种—‘雪山’(C.×morifolium ’Xueshan’)、‘粉贵人’(C.×morifolium ’Fenguiren’)和‘神马’(C.×morifolium ’Jinba’)的游离脯氨酸积累特点、脯氨酸代谢相关基因表达模式及关键基因的功能进行研究,以期为脯氨酸代谢在菊花响应逆境胁迫及生长发育中的价值予以更清晰的评价,为菊花抗逆性研究和分子育种奠定基础,同时也为高等植物脯氨酸代谢调控机制的研究提供新的证据。本研究得到的主要结果如下：(1)对甘菊在非胁迫及干旱、盐、冷、热胁迫下中部叶片中游离脯氨酸含量的测定发现,甘菊中部叶片中游离脯氨酸含量在胁迫后期(冷胁迫除外)急剧增加。对甘菊不同器官中游离脯氨酸含量的测定发现,非胁迫下,甘菊花蕾和花序中游离脯氨酸含量最高；不同胁迫条件下,游离脯氨酸在最易受到胁迫伤害的器官中增加最为明显,且含量较高。(2)比较分析不同程度盐胁迫下切花菊品种—‘雪山’、‘粉贵人’和‘神马’不同器官中的游离脯氨酸水平发现,三者游离脯氨酸含量的变化特点存在明显差异：耐盐性强的切花菊‘神马’和‘粉贵人’能够在盐胁迫后期有效积累脯氨酸。盐胁迫后期3个切花菊品种中部叶片中的游离脯氨酸含量显著低于甘菊中部叶片中的游离脯氨酸含量。与甘菊中相同,盐胁迫下3个切花菊品种根和茎中的游离脯氨酸显著增加,且明显高于叶片中的游离脯氨酸含量。(3)利用课题组前期已建立的甘菊转录组数据库,从甘菊中分离到了2个脯氨酸合成酶基因(CIP5CS1和CIP5CS2)、1个脯氨酸降解酶基因(CIPDH)和4个脯氨酸转运体基因(ClProT1-4)。两个同源的ClP5CS呈组成型高丰度表达；CIPDH仅在花序中高丰度表达,其在多种胁迫条件下甘菊叶片中的表达(热胁迫除外)被抑制；4个同源的ProT的表达呈现一定的器官特异性和差异性。其中,ClProT2仅在地上部器官中表达,尤其在花序中表达丰度最高,并能够明显地被不同胁迫诱导表达。这些基因的表达模式与甘菊游离脯氨酸的积累特点是一致的。(4)利用同源克隆的方法,分别在3个切花菊品种中分离到了ClP5CS1、 clP5Cs2、ClPDH、ClProT2和ClPmT3的同源基因。盐胁迫下,游离脯氨酸积累水平较高的切花菊‘雪山’中脯氨酸合成和转运相关基因的表达水平也较高。(5)在野生型拟南芥中分别异源表达ClP5cS1、ClP5CS2和ClProT2的研究表明,甘菊中两个P5CS同源基因的功能不是冗余的,clP5CS1在提高抗逆性中作用明显,ClP5CS2在促进开花中发挥关键作用,各转基因株系的抗氧化能力增加。ClProT2启动子的表达分析结果表明其特异性地在成花转变中发挥作用。综合分析上述结果,本研究得到如下结论：甘菊和不同切花菊品种在遇到非生物胁迫时其体内均大量积累游离脯氨酸,游离脯氨酸积累水平的差异主要是由脯氨酸代谢合成和转运基因在转录水平上的差异引起的；脯氨酸转运体在甘菊脯氨酸积累及响应胁迫过程中发挥了重要作用；甘菊脯氨酸代谢还有可能和其开花和花发育过程密切相关。因此,脯氨酸代谢在甘菊和切花菊响应和抵御非生物胁迫中发挥了积极的作用。