浙江大学刘建祥研究组综述“水稻科学研究的热点：植物如何应对高温胁迫”
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阅读： 2022/12/23 14:03:34
以下文章来源于植物与环境 PCE ，作者植物与环境 PCE
水稻是世界上主要的粮食作物之一，几乎在所有生长发育阶段都对高温（>35℃）敏感。水稻种子萌发和苗期营养生长受到高温的强烈抑制，生殖期对高温尤其敏感。高温抑制小穗发育，降低结实率；影响水稻灌浆，降低粒重和影响籽粒品质。面对全球气候变暖和高温频发趋势，深入解析水稻高温胁迫响应的分子遗传机制对于培育耐高温水稻品种具有重要意义。
近日，浙江大学刘建祥研究组在Plant，Cell & Environment上发表了题为“The hot science in rice research: How rice plants cope with heat stress”的综述文章，总结了水稻热胁迫响应分子机制的最新进展，包括热传感和信号传导、转录调控、转录物加工、蛋白质翻译和翻译后调控，强调了高温对水稻生殖发育和籽粒品质的不可逆转影响，讨论了水稻热胁迫响应未来研究的挑战和机遇。
高温通过细胞膜上的CNGC14/16和ANN1增加细胞质钙振荡，并通过细胞膜上的Rboh诱导活性氧ROS的积聚；细胞膜上的温度感受器TT3.1以及G蛋白复合物感应高温，触发高温胁迫响应以抑制蜡质合成或防止叶绿体受损。高温和ROS通常会损害细胞质、内质网和叶绿体中的蛋白质，目前已经鉴定了一些重要调节因子，它们帮助细胞质和内质网内的蛋白质翻译/折叠，调控蛋白稳态，减轻高温损伤。比如细胞膜上的膜结合转录因子NTL3在高温下活化从细胞膜转移到细胞核中调控下游基因表达。此外，一些转录因子高温下被激活以调节ROS清除酶的表达，减少ROS的积累（图一）。
图一 水稻营养生长期对高温的响应
水稻在生殖发育和灌浆期比营养期对热胁迫更敏感。热胁迫加速开花，减少花粉活性，降低小穗育性和结实率，影响淀粉积累和垩白率，降低稻米品质。比如高温下转录因子MADS51通过Ghd7-Ehd1-Hd3a/RFT1途径控制水稻开花时间，EG1调控花的发育，DFOT1控制水稻小穗的花开放时间。此外，多个重要基因调控灌浆期高温耐性，减轻高温对水稻产量和品质的负面影响（图二）。深入研究水稻热胁迫响应分子机制，挖掘主效QTL位点，通过基因编辑系统和精确育种等手段有助于培育耐高温水稻材料。农田生态系统中水稻受到热胁迫时可能同时遭受干旱胁迫、营养缺乏和病原菌侵染等，进一步研究水稻对多种逆境复合胁迫响应的分子机制对于培育能够在田间承受多种逆境的水稻品种至关重要。
图二 水稻生殖生长期对高温的响应
浙江大学刘建祥课题组博士后李劲宇为该论文第一作者，刘建祥教授和课题组芦海平老师为共同通讯作者。博士生杨闯和徐纪明老师参与了论文撰写。该工作得到国家重点研发计划、浙江省科技厅重大研究计划和浙江省万人计划等项目资助。刘建祥课题组长期从事植物抗逆高效的遗传与表观遗传机制相关研究，近期面向国内外拟招聘博士后1-2名。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14509
转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号
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