New Phytol于彦春/武丽敏：NMT发现KAR酶失活致热激后叶肉吸Ca失调为KAR酶通过调节胁迫信号赋予水稻耐热性提供证据

基本信息

主题：NMT发现KAR酶失活致热激后叶肉吸Ca失调为KAR酶通过调节胁迫信号赋予水稻耐热性提供证据

期刊：New Phytologist

影响因子：8.512

研究使用平台：NMT温度胁迫创新平台

标题：A β-Ketoacyl carrier protein reductase confers heat tolerance via the regulation of fatty acid biosynthesis and stress signaling in rice

作者：杭州师范大学武丽敏、于彦春、陈飞，西悉尼大学陈仲华，中国水稻研究所Guojun Dong

检测离子/分子指标

Ca²⁺

检测样品

水稻叶肉细胞

中文摘要（谷歌机翻）

热胁迫是影响作物生长和生产力的重大环境威胁。然而，与植物对热胁迫响应相关的分子机制还不清楚。在此，本研究鉴定了一个水稻热胁迫敏感突变体hts1。HTS1编码一种类囊体膜定位的β-酮脂酰载体蛋白还原酶（β-ketoacyl carrier proteinreductase，KAR）参与de novo脂肪酸生物合成。系统发育和生物信息学分析表明，HTS1可能起源于轮藻，在陆生植物中进化保守。热稳定的HTS1主要在绿色组织中表达，受热胁迫诱导强烈，但对盐度、低温和干旱处理的响应较弱。HTS1中A254T的氨基酸置换导致KAR酶活性显著下降，从而影响hts1突变体的脂肪酸合成和脂质代谢，尤其是在热胁迫下。与野生型相比，热诱导下，hts1表现出更高H₂O₂积累，更大的叶肉细胞Ca²⁺内流，对膜和叶绿体的伤害更大。同时，hts1突变体中热应激信号的中断抑制了HsfA2s和下游靶基因的转录激活。研究认为HTS1在水稻耐热胁迫过程中对膜稳定性、叶绿体完整性和胁迫信号传导至关重要。

离子/分子流实验处理

45℃高温实时处理

离子/分子流实验结果

质膜对于植物热感应、细胞响应和Ca²⁺信号转导至关重要。因此，本研究检测了热胁迫诱导的叶肉细胞Ca²⁺内流。热处理前10 min，hts1突变体叶肉细胞的热诱导瞬时净Ca²⁺内流速率比野生型细胞平均高4.1倍（图1）。

图1. WT和hts1突变体叶肉细胞中测得的瞬时净Ca²⁺内流速率对高温处理的响应。正值代表Ca²⁺内流。

其他实验结果

HTS1利于水稻耐热性和氧化应激响应。
hts1突变体的热超敏性是由LOC_Os04g30760基因的突变引起的。
HTS1是由轮藻进化而来，在陆地植物中进化保守。
HTS1定位于类囊体膜，可以被热处理诱导。
HTS1具有KAR活性和较高的热稳定性。
hts1突变体在脂肪酸生物合成方面存在缺陷。
热胁迫下，缺乏HTS1会加速破坏细胞膜的完整性。
HTS1缺失可能导致快速的Ca²⁺和ROS信号传导，从而影响HsfA2s及其靶基因在热胁迫下的转录激活。

结论

本研究的结论是，HTS1的缺乏直接损害了hts1突变体的脂肪酸生物合成和脂质代谢。脂肪酸含量的减少（主要是C16:0和C18:3）破坏了热应激下细胞膜系统的完整性和稳定性，造成热诱导的Ca²⁺和ROS信号转导级联的异常。HTS1的突变也会导致HSF和HSP网络的转录活性受到抑制，从而导致HSR调节功能受损和热损伤不受控制。因此，研究认为HTS1通过影响膜稳定性、热胁迫相关转录活性以及潜在的Ca²⁺和ROS信号，对水稻耐热性至关重要，是de novo脂肪酸合成的关键因子（图2）。研究高温胁迫下脂肪酸合成与胁迫信号的关系，将有助于更好地了解未来气候条件下的植物育种。

图2. HTS1调控水稻耐热性的工作模型。

测试液

0.1 mM KCl, 0.1 mMCaCl₂, 0.5 mM NaCl, 0.3 mM MES, 0.2 mM Na₂SO₄, pH 6.5

NMT实验标准化方案

·温度胁迫研究NMT标准化方案

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