Abstract Drought is a severe environmental stress that limits plant growth and productivity. Plant hormones play a key role in response to biological and abiotic stresses. And phytohormones can regulate stomatal opening and transpiration for improving water-use efficiency under water stress conditions. In this study, PtrWRKY75, a member of the WRKY transcription factor family, which is involved in many abiotic stress responses, was cloned from Populus trichocarpa (clone ‘Nisqually-1′). PtrWRKY75 was mainly expressed in senescent leaves and could be induced by both dehydration and treatment with salicylic acid (SA). PtrWRKY75 was localized to the nucleus and bound specifically to the PHENYLALANINE AMMONIA LYASE 1 (PAL1) promoter. To investigate the biological functions of PtrWRKY75, it was overexpressed in triploid white poplar (Populus tomentosa). Compared with wild-type plants, PtrWRKY75-overexpressing poplar lines (OE) maintained a higher photosynthetic rate and growth under drought stress. Under drought stress, PtrWRKY75 acted upstream of PAL1 and directly regulated PAL1 expression by binding to its promoter. Under drought stress, activated PAL1 increased reactive oxygen species (ROS) accumulation by promoting SA biosynthesis, ultimately leading to smaller stomatal aperture. Under drought conditions, the OE lines showed improved water-use efficiency by reducing their stomatal conductance and transpiration rate, and thus drought tolerance was enhanced. In conclusion, PtrWRKY75 is a promising gene target for improving the drought tolerance of Populus by SA.

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PtrWRKY75过表达通过水杨酸诱导的杨树活性氧积累减少气孔孔径并提高耐旱性

摘要 干旱是一种严重的环境胁迫，限制了植物的生长和生产力。植物激素在应对生物和非生物胁迫方面起着关键作用。植物激素可以调节气孔开放和蒸腾作用，以提高水分胁迫条件下的水分利用效率。在这项研究中，从毛果杨（克隆“Nisqually-1”）中克隆出 PtrWRKY75，它是参与许多非生物胁迫反应的 WRKY 转录因子家族的成员。PtrWRKY75 主要在衰老叶片中表达，脱水和水杨酸 (SA) 处理均可诱导 PtrWRKY75。PtrWRKY75 定位于细胞核并与苯丙氨酸氨裂解酶 1 (PAL1) 启动子特异性结合。为了研究 PtrWRKY75 的生物学功能，它在三倍体白杨（Populus tomentosa）中过表达。与野生型植物相比，过表达 PtrWRKY75 的杨树系（OE）在干旱胁迫下保持较高的光合速率和生长。在干旱胁迫下，PtrWRKY75 作用于 PAL1 的上游并通过与其启动子结合直接调节 PAL1 的表达。在干旱胁迫下，活化的 PAL1 通过促进 SA 生物合成增加活性氧 (ROS) 的积累，最终导致气孔孔径变小。在干旱条件下，OE系通过降低气孔导度和蒸腾速率来提高水分利用效率，从而增强耐旱性。总之，PtrWRKY75 是一个很有前景的基因靶点，可以通过 SA 提高杨树的耐旱性。PtrWRKY75 过表达的杨树系（OE）在干旱胁迫下保持较高的光合速率和生长。在干旱胁迫下，PtrWRKY75 作用于 PAL1 的上游并通过与其启动子结合直接调节 PAL1 的表达。在干旱胁迫下，活化的 PAL1 通过促进 SA 生物合成增加活性氧 (ROS) 积累，最终导致气孔孔径变小。在干旱条件下，OE系通过降低气孔导度和蒸腾速率来提高水分利用效率，从而增强耐旱性。总之，PtrWRKY75 是一个很有前景的基因靶点，可以通过 SA 提高杨树的耐旱性。PtrWRKY75 过表达的杨树系（OE）在干旱胁迫下保持较高的光合速率和生长。在干旱胁迫下，PtrWRKY75 作用于 PAL1 的上游并通过与其启动子结合直接调节 PAL1 的表达。在干旱胁迫下，活化的 PAL1 通过促进 SA 生物合成增加活性氧 (ROS) 积累，最终导致气孔孔径变小。在干旱条件下，OE系通过降低气孔导度和蒸腾速率来提高水分利用效率，从而增强耐旱性。总之，PtrWRKY75 是一个很有前景的基因靶点，可以通过 SA 提高杨树的耐旱性。活化的 PAL1 通过促进 SA 生物合成增加活性氧 (ROS) 的积累，最终导致气孔孔径变小。在干旱条件下，OE系通过降低气孔导度和蒸腾速率来提高水分利用效率，从而增强耐旱性。总之，PtrWRKY75 是一个很有前景的基因靶点，可以通过 SA 提高杨树的耐旱性。活化的 PAL1 通过促进 SA 生物合成增加活性氧 (ROS) 的积累，最终导致气孔孔径变小。在干旱条件下，OE系通过降低气孔导度和蒸腾速率来提高水分利用效率，从而增强耐旱性。总之，PtrWRKY75 是一个很有前景的基因靶点，可以通过 SA 提高杨树的耐旱性。