磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶（PECK;EC 4.1.1.49）是植物主要基础代谢交叉口上的关键酶,直接或间接地参与生物过程,在植物代谢中的地位非常重要。在C4植物中起二氧化碳浓缩的作用,其在原始的C3植物中超量表达和RNAi抑制表达会肯定会影响到碳、氮流的流向,进而影响碳氮分配比例。本研究利用基因工程技术、转录组学和代谢组学等技术对84K杨进行PtPEPCK1的基因功能研究。该研究对深层次了解固碳机制、碳氮平衡调控具有重要意义,为进一步揭示碳氮关键酶基因代谢的分子机理提供理论参考。本论文的主要研究及结果如下:（1）采用RT-PCR、qRT-PCR和Western blotting实验技术进行组织特异性表达分析,结果显示:PtPEPCK1在杨树根、茎、叶中均有表达,表达量有明显差异,叶片中表达最高,茎、根部组织中依/次下降,根部表达量非常微弱。Western blotting在蛋白层面上检测到叶片和茎段组织有表达,根部表达未检测到。（2）利用Gateway系统构建PtPEPCK1基因的过表达和RNAi载体,并用根癌农杆菌介导法进行84K杨的遗传转化。分子检测确认“光诱导”转基因方法共获得12个阳性株系,“暗诱导”转基因方法共获得30个阳性株系,未分化的愈伤转化子若干。RNAi抑制表达植株“光诱导”转基因方法共获得11个阳性转化株系,“暗诱导”转基因方法共获得25个阳性转化株系,未分化的愈伤株系若干,留作后备实验材料。（3）对过表达和抑制表达转基因杨树进行20d、30d、60d、90d的表型观察和株高、胸径的统计分析,结果显示转基因植株并没有出现截然相反的表型生长特征,而且在生长速度、树高、直径等参数均低于野生型植株。过表达株系的发育受到最为明显的抑制。RNAi抑制表达株系的表型生长速度也同样缓慢,但程度略轻于过表达,高生长、胸径生长介于过表达和野生型之间。（4）采用IHC-P技术鉴定结果发现PtPEPCK1在叶片叶肉细胞海绵组织和栅栏组织中均有表达,在叶肉细胞的海绵组织中出现强阳性表达特征,有棕黄色颗粒和褐黄色颗粒呈现,细胞核呈阴性表达。（5）采用免疫共沉淀技术联合质谱分析,以Score和Coverage数值为选择标准,进一步明确了互作的蛋白网络,结果显示前10位互作蛋白包括以下几大类:（a）浓缩二氧化碳机制相关的酶;（b）糖酵解/糖异生中间产物;（c）ATP合酶;（d）伴侣蛋白等。（6）基于Illumina平台,对过表达、抑制表达和野生型杨树进行转录组测序,结果显示转PtPEPCK1基因在转录水平的总体差异基因有趋同效应,局部碳氮代谢差异基因明显。引起通路变化幅度较大的主要集中在丙酮酸代谢、TCA循环、糖异生、氨基酸生物合成、嘧啶代谢、次生代谢物质的生物合成及植物免疫系统代谢通路等变化。单独过表达和RNAi抑制表达PtPEPCK1扰动了核心代谢途径,过表达PtPEPCK1使丙酮酸代谢异常,碳流从丙酮酸过多的流入乙酰辅酶A代谢通路,乙酰辅酶A引碳流入TCA循环,而丙酮酸、乙酰辅酶A、柠檬酸、α-酮戊二酸等都是谷氨酸生物合成前体,促使碳流进一步流入Glu-Orn循环,导致鸟氨酸循环及其前体物质全部上调（5-49倍）。RNAi抑制表达PtPEPCK1,产生了苹果酸向草酰乙酸,琥珀酸向富马酸方向的回补反应,这些物质是天门冬氨酸合成的前体,使植物开启苹果酸-天冬氨酸穿梭和转氨作用。转PtPEPCK1基因在氨基酸的生物合成通路、嘧啶代谢途径上变化较为明显,结果显示转PtPEPCK1基因引起氨基酸生物合成变化较为明显的主线有3条:（a）柠檬酸循环引起的酸性氨基酸家族生物合成途径的变化;（b）由糖酵解作用引起的脂肪酸家族氨基酸的生物合成途径的变化;（c）磷酸戊糖代谢途径的芳香族氨基酸的生物合成途径的变化。过表达PtPEPCK1在氨基酸的生物合成通路变化较为剧烈,过表达株系在嘧啶代谢通路上调基因较多。（7）对转基因植株进行代谢组学分析,结果显示转基因植株代谢物检测上有趋同变化,差异代谢物主要富集在碳、氮、有机酸代谢通路。碳代谢和有机酸代谢均下降,过表达样本下降幅度较大,氨基酸、修饰氨基酸、小肽在转基因植株中均升高,过表达升高幅度也较大。（8）对转基因植株的转录组数据和代谢组数据进行关联分析,结果显示转PtPEPCK1基因在碳代谢通路关联程度较低,氮代谢、氨基酸生物合成及相关支路关联程度较高。