【New Phytologist期刊】调节植物热应激反应的分子机制

2024年7月，德国法兰克福大学的Ayat Bakery等人在New Phytologist发表了题为Heat stress transcription factors as the central molecular rheostat to optimize plant survival and recovery from heat stress的文章，综述了植物利用热激转录因子(HSFs)响应高温的过程，旨在揭示HSFs调控植物热应激反应的分子机制。

当环境温度超过生长发育的适宜温度范围时生物会经历热应激(HS)，在植物上具体表现为一系列生理和生化反应。

植物的热应激(HS)表现

生长速率下降，生育力下降

光合作用受损，代谢紊乱

气孔关闭

热休克蛋白(HSPs)的表达增加

活性氧增加，蛋白质损伤

膜脂过氧化

休眠或死亡

图1.细胞热激传感器调节热应激转录因子 (HSFs)

HSFs根据其结构和功能被分为A、B和C三类，其中A类激活热休克蛋白(HSPs)的表达以应对热应激；B类则作为抑制因子调节A类活性，保持热应激反应的平衡；C类功能尚在研究中，可能涉及热应激信号的微调。这三类HSFs共同协调植物的热应激反应及其生长发育。

图2.主要热应激转录因子 (HSFs)的活性周期概述

在热应激时，植物细胞内的蛋白质可能会因错误折叠和变性而产生毒性。侣伴蛋白作为一类辅助蛋白质正确折叠和组装的蛋白质，在耐热细胞中发挥着至关重要的作用。HSFs通过激活热休克蛋白(HSPs)的表达，增强植物的热耐受性。这些HSPs作为侣伴蛋白，帮助蛋白质正确折叠，防止热应激下的蛋白质聚集。

图3.选择性剪接调节热应激转录因子(HSFs)活性

HSFs活性的调节涉及多种翻译后修饰，包括磷酸化、泛素化和SUMO化等。这些修饰影响HSFs的核定位、DNA结合能力、蛋白稳定性以及与其他蛋白的相互作用。翻译后修饰为HSFs提供了一个多层次的调控机制，使得植物能够精确控制热应激反应的强度和持续时间。

图4.光、热形态发生和激素信号传导对热应激转录因子(HSFs)的影响

综上所述，植物利用一系列热激传感器，包括HSP70和HSP90侣伴蛋白的活性变化、活性氧(ROS)的积累、钙离子内流以及膜流动性的变化等激活HSFs以快速响应HS。研究发现，HSFs还参与调控植物的生殖发育、种子形成和幼苗生长等生长发育过程，这表明HSFs不仅在热耐受性中发挥作用，还在植物的生长发育过程中起到关键作用。

图5.热应激转录因子(HSFs)参与植物生长发育

本研究通过运用分子生物学技术，深入解析HSFs在调控植物应对热应激中的作用机制，HSPs不仅作为植物热应激反应的关键调节因子，还在植物的生殖发育以及对多种逆境的响应中扮演着重要角色，为提升作物的耐热性和开展品种改良工作提供了坚实的理论基础。

原文链接：doi :10.1111/nph.20017

最后编辑于：2024.10.11 09:27:55