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，南京农业大学农学院华健教授团队在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。

南京农业大学农学院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南京农业大学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南京农业大学仲英种业创新中心基金等项目资助。