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游离脯氨酸是植物体内一种重要的相容性溶质，在许多环境胁迫下，如干旱、高盐、重金属、冷、紫外线和氧化胁迫，脯氨酸积累并被认为对植物起重要的保护作用。但是有关脯氨酸在热胁迫下积累和作用的报道还很少。在拟南芥中，脯氨酸合成途径上的关键酶基因pyrroline-5-carboxylate synthetase1(P5CS1)和脯氨酸积累不受热胁迫诱导。为了研究脯氨酸积累在热胁迫下的作用，我们将AtP5CS1与热激蛋白基因HSP17.6Ⅱ的启动子相连接，构建植物表达载体并转化拟南芥，得到了在热胁迫下积累脯氨酸的转基因拟南芥。
转AtP5CS1基因的株系在正常生长条件下，脯氨酸含量与野生型基本一致，而在受到37℃诱导时脯氨酸含量增加，这样有利于特异地研究脯氨酸积累在高温逆境下的作用，而不干扰植物的正常生长发育。
12天苗龄的幼苗，先用37℃热诱导脯氨酸24小时，紧接着高温50℃胁迫4小时，然后转到22℃恢复4天，相对于对照株系HspGUS，脯氨酸积累过量株系HsoP5CS的生长受热胁迫更为严重地抑制。具体体现为更低的存活率，更高的离子渗漏、ROS水平、以及MDA含量。抗氧化酶SOD、POX、CAT在热胁迫恢复阶段的酶活性在HspP5CS植株中要明显高于在对照HspGUS4中的活性。
基因表达分析表明，热胁迫下的脯氨酸积累导致脯氨酸降解途径上的关键酶基因proline dehydrogenase(PDH)表达的上调。加之将P5C转化回脯氨酸的酶基因PSC reductase(P5CR)也受到热胁迫的上调，使得脯氨酸和P5C之间的循环的活性加强，导致与之相偶联的线粒体电子传递链产生过多的活性氧，抑制植物生长。MitoSox-Red线粒体活性氧特异检测结果也证实了这一点，在积累脯氨酸的HspP5CS株系中，O2-产生要明显高于对照株系HspGUS4。
此外，外源施加脱落酸(ABA)或乙烯合成前体1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid(ACC)可挽救HspP5CS中脯氨酸积累导致的热敏感；ABA合成突变体aba2对外源脯氨酸导致的耐热性降低不敏感；定量PCR检测发现HspP5CS株系中ABA与乙烯合成相关基因ABA2与ACS5表达在50℃热激阶段都低于HspGUS4；ABA、乙烯含量的测定结果分别与ABA2、ACS5的基因表达结果相一致。这些结果表明这些激素的合成在热激下受到脯氨酸积累的影响。
综上所述，我们的结果表明在热胁迫下脯氨酸积累可以诱发脯氨酸/P5C循环介导的线粒体活性氧的产生，并抑制ABA和乙烯的合成，减低植物的耐热性。