近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、廣東省高等學(xué)校未來作物精準(zhǔn)育種基礎(chǔ)研究卓越中心莊楚雄/鄭少燕團(tuán)隊(duì)在中科院一區(qū)Top期刊Plant Biotechnology Journal上發(fā)表了題為 “The heat shock transcription factorOsHsfc1a enhances rice seedling thermotolerance by regulatingOsMFT1 and preserving chloroplast structure under heat stress ”的論文。該研究成功鑒定了一個(gè)關(guān)鍵的熱激轉(zhuǎn)錄因子OsHsfc1a，并深入解析了其通過抑制下游靶基因OsMFT1以維持葉綠體結(jié)構(gòu)完整性、從而增強(qiáng)水稻幼苗耐熱性的全新分子通路。這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了我們對植物應(yīng)對高溫脅迫的理解，更為培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、耐熱的水稻新品種提供了寶貴的基因資源和理論依據(jù)。
隨著全球氣候變暖加劇，高溫脅迫已成為威脅水稻生長和產(chǎn)量的主要非生物逆境之一，尤其在幼苗期，高溫會直接導(dǎo)致植株損傷甚至死亡，嚴(yán)重影響最終收成。因此，挖掘水稻自身的關(guān)鍵耐熱基因、解析其作用機(jī)制，是培育耐熱新品種、保障國家糧食安全的迫切需求。
研究亮點(diǎn)：OsHsfc1a對水稻耐熱性的調(diào)控作用
本研究團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)的功能基因組學(xué)分析，將轉(zhuǎn)錄因子OsHsfc1a鑒定為水稻幼苗耐熱性的關(guān)鍵正調(diào)控因子。研究發(fā)現(xiàn)，高溫能強(qiáng)烈誘導(dǎo)OsHsfc1a的表達(dá)。在高溫脅迫下，過表達(dá)OsHsfc1a的水稻植株表現(xiàn)出更強(qiáng)的耐熱性，而敲除該基因的突變體則對高溫異常敏感。這表明OsHsfc1a是水稻應(yīng)對高溫脅迫的一個(gè)核心“指揮官”。
研究意義：為水稻耐熱育種提供理論基礎(chǔ)和基因資源
為了解開OsHsfc1a的工作機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)整合了轉(zhuǎn)錄組測序和DAP-seq（DNA親和純化測序）技術(shù)，揭示了OsHsfc1a與OsMFT1之間的轉(zhuǎn)錄調(diào)控關(guān)系，拓展了對植物耐熱性機(jī)制的認(rèn)識。有趣的是，OsHsfc1a扮演的是一個(gè)“抑制者”的角色，它通過直接結(jié)合OsMFT1的啟動(dòng)子區(qū)域來抑制其轉(zhuǎn)錄。而OsMFT1則像一個(gè)“剎車片”，其過表達(dá)會破壞葉綠體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致活性氧大量積累和細(xì)胞程序性死亡加劇，從而降低耐熱性；相反，敲除OsMFT1則能顯著增強(qiáng)水稻的耐熱性。這為通過基因編輯等現(xiàn)代育種技術(shù)培育耐高溫水稻提供了寶貴的遺傳資源。
另外，通過對自然水稻種質(zhì)的遺傳分析發(fā)現(xiàn)，OsHsfc1a基因存在不同的天然變異類型（單倍型），這些變異與秈稻、粳稻等亞種的分化密切相關(guān)。這意味著該基因在漫長的水稻進(jìn)化與馴化過程中已被自然選擇，其中優(yōu)異的單倍型有望用于分子標(biāo)記輔助育種，為快速培育適應(yīng)高溫氣候的“強(qiáng)健”水稻品種提供了極具價(jià)值的遺傳資源和分子工具。未來，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深入探討該調(diào)控途徑的分子機(jī)制，并探索如何將這一發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于實(shí)際的水稻品種改良，為全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
圖1 OsHsfc1a-OsMFT1模塊調(diào)控水稻幼苗耐熱性的作用模型
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后盧靜沁，在讀博士生陳俊宇，陳虹為論文的共同第一作者。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、廣東省高等學(xué)校未來作物精準(zhǔn)育種基礎(chǔ)研究卓越中心莊楚雄研究員和鄭少燕副教授為該論文的共同通訊作者。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院劉向東教授，廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻所的趙均良研究員為該工作提供了相關(guān)水稻品種材料的支持。該研究得到了“科技創(chuàng)新2030－重大項(xiàng)目”、國家自然科學(xué)基金、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用研究自然科學(xué)基金項(xiàng)目、廣州市青年博士“啟航”項(xiàng)目和雙一流學(xué)科推進(jìn)項(xiàng)目等的資助。
論文鏈接：http://doi.org/10.1111/pbi.70458
文/圖 生命科學(xué)學(xué)院 鄭少燕
初審/龔慧 復(fù)審/周海 終審/呂劍紅
