【The Plant Journal期刊】 | 植物对干旱和高温胁迫的复杂响应机制

2023年3月，东京大学Hikaru Sato等人在The Plant Journal发表了题为Complex plant responses to drought and heat stress under climate change的文章，综述了植物在干旱、高温等胁迫环境下的生理响应，分析了植物应对胁迫的策略以及植物响应机制在实际种植中的应用。

doi : 10.1111/tpj.16612

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植物对胁迫的生理响应

蒸腾速率降低

活性氧(ROS)积累

细胞脱水

叶表面高温

气孔运动频繁

图1. 植物在干旱和高温胁迫下的生理反应相互作用

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组合胁迫下，植物体内各组织会对不同胁迫产生不同生理响应，不同响应机制对植物造成的影响可能存在拮抗、协同、累加等关系。研究表明，RD29A是典型的干旱诱导基因，能激发植物对干旱和高温胁迫的生理响应；HSFA1是重要的热激反应转录因子。

图2. 干旱胁迫响应示意图

图3. 高温胁迫响应示意图

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该研究表明，DREB2A是串联干旱和高温胁迫的一个重要因素，TaSAP5过表达增加了干旱胁迫下的DREB2A蛋白积累，并增强了拟南芥的干旱胁迫耐受性。

图4.干旱和热胁迫条件下DREB2A的作用机制

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干旱/高温胁迫抑制了内质网(ER)的精确功能，使未折叠的蛋白质增多，管腔结合蛋白(BiP)可识别未折叠蛋白质积累，还能诱导ROS清除酶产生，以避免ROS积累，从而对细胞造成严重损害。

图5. 干旱和热胁迫条件下常见响应机制示意图

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正向和反向遗传法能识别有用的基因用作育种工具以改善作物性状，有助于培育逆境作物品种。该研究中的各响应机制为反向遗传法的应用提供了信息和候选基因，而利用各类表型分析的正向遗传法也已经鉴定出了新的耐受基因和等位基因。

图6. 基因鉴定和分子育种方法的概念方案

此文章综述了过去三十年学者们采用拟南芥得出的植物应对干旱和高温胁迫的复杂响应机制，表明当前研究重点正转向了解各生态环境下的植物对胁迫响应及各反应间的相互关系，以期揭示不同品种间逆境响应机制，加快育种工作进程。

原文链接：doi :10.1111/tpj.16612