发布人:     发布日期: 2020-11-20    浏览次数:

全球气候变暖引起的持续高温导致植物高温热害频发，对农作物生产造成了严重的威胁。高温热害在植物生长发育的各个时期均可发生，植物生殖期对高温热害尤为敏感。因此发掘植物耐热基因资源，进而培育耐热农作物新品种，具有重要战略意义。

2020年11月19日，beat365体育官方网站华健教授团队在Molecular Plant （IF: 10.81）发表题为“Arabidopsis Immune-Associated Nucleotide-binding genes inhibit heat tolerance at reproductive stages via inhibiting unfolded protein response and promoting cell death”的论文。

该研究通过对拟南芥90个自然变种生殖期的耐热性的全基因组关联分析，鉴定到一个调控拟南芥生殖期耐热性的主效数量性状位点，进一步分析证明该位点中一个含有5个IANs（Immune-associated nucleotide-binding protein）基因IAN2-IAN6的基因簇为该位点的决定基因。利用CRISPR技术获得这5个IANs基因单突变体和多突变体并对其进行耐热性测定，发现其基因突变可显著提高拟南芥生殖期和苗期耐热性。并且，上述基因在水稻中的同源基因OsIAN1突变也可显著提高水稻生殖期和苗期耐热性，说明IANs在植物耐热性调控中的功能是保守的。进一步通过转录组分析表明，热胁迫下ian6突变体中的HSR（Heat shock response）和UPR（Unfolded protein response）的表达水平较野生型Col-0显著上升。ian突变体在热胁迫和ER（Endoplasmic reticulum）胁迫下的细胞死亡也显著低于野生型Col-0。进一步应用烟草表达系统发现IAN蛋白可促进程序性细胞死亡。因此，IAN基因可能通过抑制HSR和UPR、促进细胞死亡来调控拟南芥耐热性（如图所示）。

该研究还对拟南芥自然变种中IAN6进行单倍型分析，发现其存在两种主要的单倍型：IAN6^Col-0和IAN6^Ts-1。IAN6^Ts-1单倍型决定了耐热性，且与IAN6^Col-0相比IAN6^Ts-1单倍型编码的蛋白促进细胞死亡的功能减弱。对含有IAN6不同单倍型的自然品种和其生长的环境因素进行关联分析，发现耐热型单倍型IAN6^Ts-1品种生长的地理位置最热月份的温度显著的高于IAN6^Col-0，暗示了其耐热性自然变异对环境的适应性。

beat365体育官方网站博士后卢珊为论文第一作者，华健教授和邹保红副教授为论文共同通讯作者，康奈尔大学的王治学博士、西北农林科技大学的禄明辉教授及beat365平台的王帅博士也参与该研究。该工作得到国家自然科学基金、中央高校基本业务费和beat365平台仲英种业创新中心基金等项目资助。