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近日，我院許為鋼院士團(tuán)隊在國際植物類中科院一區(qū)Top期刊《Plant Biotechnology Journal》（IF=11.2）， 以長文形式（Article）在線發(fā)表了題為“Somatic embryogenetic receptor kinase TaSERL2 regulates heat stress tolerance in wheat by influencing TaBZR2 protein stability and transcriptional activity”的最新研究成果。該成果揭示了TaSERL2-TaBZR2模塊調(diào)控小麥高溫耐受性的分子機(jī)制。為解析小麥高溫耐受性分子機(jī)制提供了新的理論基礎(chǔ)。

全球氣候變暖所致的極端高溫天氣頻發(fā)嚴(yán)重威脅糧食安全。小麥作為喜涼作物，其生長和發(fā)育極易受到高溫的影響，尤其是在開花和灌漿期的高溫會嚴(yán)重地造成小麥的減產(chǎn)。因此解析小麥高溫耐受性的調(diào)控機(jī)制，是提高作物高溫耐受性的重要手段，對于作物耐高溫性狀的遺傳改良具有重要意義。BZR/BES基因作為油菜素內(nèi)酯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的關(guān)鍵因子，在植物應(yīng)答生物和非生物脅迫時發(fā)揮重要作用。我們的研究發(fā)現(xiàn)小麥中的TaBZR2基因與耐熱呈顯著正相關(guān)，并且高溫能增強(qiáng)TaBZR2的核定位。通過對TaBZR2過表達(dá)株系和RNAi株系高溫耐受性進(jìn)行鑒定，我們發(fā)現(xiàn)TaBZR2正向調(diào)控小麥的耐熱性。DAP-seq和RNA-seq聯(lián)合分析表明B類熱激轉(zhuǎn)錄因子TaHSFb2a和熱激蛋白TaHSP21是TaBZR2的靶基因。TaBZR2通過結(jié)合到啟動子中的E-box來抑制TaHSFb2a和促進(jìn)TaHSP21的表達(dá)來調(diào)控小麥的高溫耐受性。

互作分析表明，TaBZR2與TaSERL2 相互作用并被TaSERL2磷酸化，而47位絲氨酸則是TaSERL2磷酸化TaBZR2的主要位點(diǎn)。并且我們還發(fā)現(xiàn)過表達(dá)TaSERL2會削弱植物的高溫脅迫耐受性并促進(jìn)TaBZR2蛋白的降解，而沉默TaSERL2可以增強(qiáng)小麥的高溫脅迫耐受性。此外，高溫脅迫可以提高TaSERL2和TaBZR2蛋白的去磷酸化水平，增強(qiáng)TaBZR2蛋白的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性。這一結(jié)論也在不同耐熱品種中的TaBZR2的活性得以反映，如耐高溫品種鄭麥1860中高溫處理后TaBZR2的穩(wěn)定性更強(qiáng)也進(jìn)一步驗證了上述結(jié)果。

圖1 TaSERL2-TaBZR2模塊調(diào)控小麥耐高溫分子機(jī)制解析。

這項工作揭示了TaSERL2和TaBZR2 蛋白在小麥耐高溫脅迫性調(diào)節(jié)中的全新作用，對在氣候變暖的情況下提高作物生產(chǎn)具有潛在意義。此外，該研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了TaSERL2-TaBZR2模塊作為小麥對高溫脅迫響應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子的關(guān)鍵作用：通過降低 TaSERL2的磷酸化水平來增強(qiáng) TaBZR2蛋白的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性，從而影響植物的高溫脅迫耐受性。這擴(kuò)展了現(xiàn)有的高溫脅迫反應(yīng)模型，為小麥耐高溫分子育種提供了理論依據(jù)。

圖2 TaSERL2-TaBZR2模塊調(diào)控小麥高溫脅迫耐受性模型。

我院許為鋼院士為論文的通訊作者。許為鋼院士指導(dǎo)的郝向陽博士、中國農(nóng)科院作科所于太飛助理研究員、河南省農(nóng)科院彭超軍副研究員為本論文共同第一作者，該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2022YFD1200205、2023YFD1201004）、河南省省級科技研發(fā)計劃聯(lián)合基金（231100110100）、神農(nóng)實驗室“一流課題”（SN01-2022-01）等項目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.70045