劉曉藝 羊健 劉敬 王冰 戴良英 李魏

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；2. 寧波大學(xué)植物病毒學(xué)研究所，寧波 315211）

植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中會(huì)受到很多逆境脅迫的影響，比如生物脅迫（害蟲(chóng)、病原微生物等）和非生物脅迫（極端溫度、高鹽和干旱等）。在優(yōu)勝劣汰的自然選擇下，植物自身形成了一系列復(fù)雜有序的機(jī)制來(lái)感知和抵御環(huán)境帶來(lái)的不利影響。在植物體內(nèi)具有可以調(diào)控抵御高溫脅迫信號(hào)的重要元件，即熱激轉(zhuǎn)錄因子（heat shock transcription factors，HSFs）［1-2］。HSFs對(duì)熱激蛋白（heat shock proteins，HSPs）的轉(zhuǎn)錄激活被認(rèn)為在植物熱應(yīng)激的反應(yīng)中起關(guān)鍵作用［3］。位于脅迫響應(yīng)信號(hào)末端的HSFs能夠特異性結(jié)合高度保守的熱激元件（heat shock element，HSE），從而與其他轉(zhuǎn)錄因子聚集共同形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體以調(diào)控HSPs的表達(dá)進(jìn)而調(diào)控植物對(duì)高溫脅迫的抗性［4］。此外，已有研究表明，HSFs還參與調(diào)控植物對(duì)其他非生物脅迫和生物脅迫的抗性。本文主要對(duì)水稻熱激轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)、功能和作用分子機(jī)制研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

1 HSFs的典型結(jié)構(gòu)

研究發(fā)現(xiàn)，植物HSFs雖在序列大小上存在明顯差異，但都具有相似的結(jié)構(gòu)模式，包括保守的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（DNA binding domain，DBD）、寡聚化結(jié)構(gòu)域（oligomerization domain，OD）、核定位信 號(hào)（nuclear localization signal，NLS）結(jié) 構(gòu)、核輸出信號(hào)（nuclear export signal，NES）結(jié)構(gòu)以及C端激活結(jié)構(gòu)域（C-transcriptional activation domain，CTAD）5個(gè)部分［5］。

1.1 DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（DBD）

高度結(jié)構(gòu)化的DBD結(jié)構(gòu)域是HSFs中最保守的區(qū)域，靠近HSFs的N端，約由100個(gè)氨基酸組成，含有3個(gè)α-螺旋和4個(gè)β-折疊形成一個(gè)疏水核心［6］。并且DBD的螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（H2-T-H3）結(jié)構(gòu)具有分解代謝激活蛋白的的特征［7］，能夠精準(zhǔn)定位并特異性識(shí)別同樣高度保守的HSE的保守基序，從而進(jìn)一步激活靶標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄及表達(dá)［8］。

1.2 寡聚化結(jié)構(gòu)域（OD）

HSFs都含有1個(gè)OD結(jié)構(gòu)，OD的氨基酸序列含有2個(gè)疏水七肽重復(fù)區(qū)域A和B（HR-A/B）。每個(gè)重復(fù)區(qū)域形成1個(gè)以亮氨酸拉鏈為特征的卷曲螺旋結(jié)構(gòu)，植物遭受熱激脅迫時(shí)，HSFs通過(guò)該卷曲螺旋結(jié)構(gòu)形成同源三聚體，促使HSFs與其靶標(biāo)的HSE結(jié)構(gòu)結(jié)合調(diào)控?zé)峒っ{迫響應(yīng)［9］。其中，OD結(jié)構(gòu)是判定HSFs家族成員分類(lèi)的重要依據(jù)［10］。根據(jù)序列的相似性和OD的結(jié)構(gòu)特性，可以將植物HSFs劃分為進(jìn)化保守的A、B、C三大類(lèi)。植物B類(lèi)HSFs的HR-A/B結(jié)構(gòu)區(qū)域緊湊，在HR-A與HR-B之間沒(méi)有氨基酸殘基插入，而植物A類(lèi)HSFs和C類(lèi)HSFs的HR-A和HR-B區(qū)域間分別插入了21個(gè)和7個(gè)氨基酸而得到了擴(kuò)展［11］。

1.3 核定位信號(hào)（NLS）和核輸出信號(hào)（NES）結(jié)構(gòu)域

NLS結(jié)構(gòu)與OD結(jié)構(gòu)的C端相鄰，由一簇富集賴(lài)氨酸和精氨酸的堿性氨基酸殘基組成，與HSFs亞細(xì)胞定位和進(jìn)入細(xì)胞核有關(guān)。有些HSFs的C末端還具有富含亮氨酸的NES結(jié)構(gòu)，與植物細(xì)胞內(nèi)的蛋白向核外輸出密切相關(guān)。NLS與NES協(xié)同作用可以控制HSFs在細(xì)胞核及細(xì)胞質(zhì)中的自由分布［12］。

1.4 C端激活結(jié)構(gòu)域（CTAD）

CTAD是HSFs序列上最不保守的區(qū)域，含有由芳香族氨基酸殘基（色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸）、大的疏水性氨基酸殘基（亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸）和酸性氨基酸（谷氨酸、天冬氨酸）組成的短 肽AHA（aromatics，hydrophobic and acidic amino acid residues）基序［11］。AHA基序與一些基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合物結(jié)合，是HSFs進(jìn)行轉(zhuǎn)錄激活時(shí)所必需的條件，而只有A類(lèi)HSFs具有AHA基序。因此，通常認(rèn)為只有A類(lèi)HSFs具有轉(zhuǎn)錄激活功能，B、C兩類(lèi)HSFs則不具有轉(zhuǎn)錄激活功能［13］。

1.5 水稻體內(nèi)HSFs的分類(lèi)

水稻HSFs的組成和功能具有多樣性（表1），這或許是水稻適應(yīng)自然環(huán)境導(dǎo)致的進(jìn)化結(jié)果。

表1 水稻HSFs的分類(lèi)與生物學(xué)功能Table 1 Classification and biological functions of rice HSFs

2 OsHSFs在水稻抗非生物脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的功能與機(jī)制

水稻在其生命周期中會(huì)遇到很多的非生物脅迫，常見(jiàn)的包括極端溫度脅迫、干旱脅迫、高鹽脅迫、氧化脅迫、重金屬脅迫等。大量研究表明，水稻HSFs在調(diào)控植物抗非生物脅迫的功能中發(fā)揮至關(guān)重要的調(diào)控作用。

2.1 HSFs在水稻抗溫度脅迫中的功能與應(yīng)用

高溫脅迫是水稻生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中常見(jiàn)的環(huán)境脅迫因子，會(huì)導(dǎo)致水稻的減產(chǎn)甚至顆粒無(wú)收。高溫脅迫一般通過(guò)破壞水稻體內(nèi)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、影響酶的活性以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)影響細(xì)胞的功能，從而導(dǎo)致水稻體內(nèi)的代謝紊亂甚至是大量累積有害物質(zhì)，情況嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致水稻死亡［11］。為減少高溫脅迫帶來(lái)的危害，水稻需要一系列功能基因和蛋白的參與來(lái)適應(yīng)環(huán)境，其中就包括HSFs［32］。楊雙蕾［17］通過(guò)對(duì)水稻OsHsfA2e過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因株系和野生型株系進(jìn)行熱處理，測(cè)量它們的莖葉生理指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)株系體內(nèi)的H2O2含量，SOD活性以及POD活性的升高速度比野生型快；而葉綠素的降低速度比野生型的要慢，并且始終維持在一個(gè)較高的水平。并且根據(jù)熱處理之后的表型分析發(fā)現(xiàn)，野生型株系的萎蔫情況特別嚴(yán)重，而過(guò)表達(dá)株系莖葉的生長(zhǎng)情況比野生型株系要健壯且基本不發(fā)生萎蔫，說(shuō)明OsHsfA2e能夠提高水稻的耐熱性。此外，研究發(fā)現(xiàn)OsHsfA2d能夠編碼2種剪接變體蛋白OsHsfA2dI和OsHsfA2dII，在正常條件下，OsHsfA2dII是顯性但轉(zhuǎn)錄無(wú)活性的剪接形式；當(dāng)植物遭受高溫脅迫時(shí)，OsHsfA2d剪接成轉(zhuǎn)錄活性形式OsHsfA2dI，進(jìn)而參與熱應(yīng)激反應(yīng)以提高水稻植株的耐熱性［16］。

Mittal等［24］與Chauhan等［18］對(duì)水稻植株進(jìn)行4℃低溫脅迫處理后發(fā)現(xiàn)，A類(lèi)HSFs基因OsHsfA3、OsHsfA4d、OsHsfA7和OsHsfA9，B類(lèi)HSFs基 因Os-HsfB4b以及C類(lèi)HSFs基因的表達(dá)量都顯著上調(diào)。其中OsHsfC1b受低溫誘導(dǎo)超強(qiáng)表達(dá)，作為主要的低溫感受元件存在。這些結(jié)果說(shuō)明HSFs在水稻抵御低溫脅迫的信號(hào)中也發(fā)揮著重要作用。此外，冉靜［27］發(fā)現(xiàn)，對(duì)水稻OsHsfB2b過(guò)表達(dá)和RNAi轉(zhuǎn)基因植株幼苗進(jìn)行5℃低溫脅迫處理2周后，OsHsfB2b-RNAi及非轉(zhuǎn)基因?qū)φ杖克劳?，而OsHsfB2b過(guò)表達(dá)植株仍有13%的存活率，表明OsHsfB2b基因的過(guò)表達(dá)可以提高水稻對(duì)低溫脅迫的耐受性。

2.2 OsHSFs在水稻抗干旱脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的功能與機(jī)制

在自然條件下，干旱脅迫往往與高溫脅迫同時(shí)發(fā)生。干旱脅迫對(duì)植物造成的生理影響表現(xiàn)在氣孔關(guān)閉，光合作用和呼吸作用減弱等方面，在分子生物學(xué)水平上則表現(xiàn)為HSPs的積累。并且植物在應(yīng)對(duì)干旱脅迫時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種重要的化合物，即肌醇半乳糖苷合成酶（GolS1）。研究發(fā)現(xiàn)，植物HSFs可能通過(guò)介導(dǎo)目的基因GolS1的表達(dá)來(lái)參與植物干旱脅迫應(yīng)答機(jī)制，此外還能作用于下游干旱相應(yīng)元件結(jié)合因子DREB2A和DREB2C，提高部分干旱脅迫響應(yīng)基因的表達(dá)［33］。

有研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)觀測(cè)OsHsfA7過(guò)表達(dá)植株和野生型植株斷水處理10 d后復(fù)水10 d的表型，野生型植株進(jìn)一步枯萎而OsHsfA7過(guò)表達(dá)植株中的一部分恢復(fù)了正常的生長(zhǎng)［22］。OsHsfB2b是水稻B類(lèi)HSFs的成員，可模擬干旱信號(hào)的聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）處理對(duì)OsHsfB2b表達(dá)有強(qiáng)烈的誘導(dǎo)作用，OsHsfB2b過(guò)表達(dá)植株的耐旱性顯著降低，而OsHsfB2b-RNAi轉(zhuǎn)基因植株的耐旱性增強(qiáng)。在干旱脅迫下，轉(zhuǎn)基因水稻OsHsfB2b的相對(duì)電導(dǎo)率（relative electrical conductivity，REC）和丙二醇（malondialdehyde，MDA）含量增加，脯氨酸含量下降，而OsHsfB2b-RNAi轉(zhuǎn)基因植株的REC和MDA含量降低，脯氨酸含量增加［23］。過(guò)表達(dá)OsHsfB2b能夠降低水稻種子萌發(fā)期的耐旱性，且OsHsfB2b過(guò)表達(dá)會(huì)降低水稻對(duì)干旱脅迫的耐受性，表明OsHsfB2b負(fù)調(diào)控水稻的耐旱性［27］。由此可見(jiàn)，OsHSFs通過(guò)不同的作用機(jī)制參與水稻對(duì)干旱脅迫的調(diào)控。

2.3 OsHSFs在水稻抗其他非生物脅迫中的功能與機(jī)制

鹽堿化的土地會(huì)嚴(yán)重影響農(nóng)作物的產(chǎn)量，已有研究表明轉(zhuǎn)錄因子能夠增強(qiáng)作物的耐鹽性［34］。據(jù)報(bào)道，HSFs同樣可以介導(dǎo)水稻的耐鹽性。水稻體內(nèi) 的OsHsfA2a、OsHsfA2b、OsHsfA2c、OsHsfA2d、OsHsfA2e、OsHsfA4b、OsHsfA5、OsHsfA7、OsHsfA9、OsHsfC1b等基因在高鹽脅迫下都能被誘導(dǎo)表達(dá)，從而能提高植物的抗高鹽脅迫能力［15，31］。此外，上文提及的OsHsfB2b-OX轉(zhuǎn)基因水稻種子在高鹽處理下的苗高和萌發(fā)率均低于對(duì)照［27］；并且OsHsfB2b過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因水稻的耐鹽性顯著降低，而OsHsfB2b-RNAi轉(zhuǎn)基因水稻的耐鹽性增強(qiáng)［23］，表明OsHsfB2b蛋白負(fù)調(diào)控水稻的耐鹽性。

氧化脅迫是高溫、高鹽等逆境引起的二級(jí)脅迫，引起水稻體內(nèi)ROS的大量積累，對(duì)細(xì)胞中的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸造成損傷，導(dǎo)致細(xì)胞的代謝功能降低甚至細(xì)胞死亡［15］。已有報(bào)道表明，氧化脅迫會(huì)引起水稻體內(nèi)多個(gè)OsHSFs轉(zhuǎn)錄表達(dá)增強(qiáng)［35］。Mittal等［14］發(fā)現(xiàn)OsHsfA2a、OsHsfB4b和OsHsfC2a是ROS積累和感知途徑中的主要參與者，并且提出在所有OsHSFs中，OsHsfA2a在氧化應(yīng)激的兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)（即1 h和4 h）表達(dá)最高，而OsHsfA2f和OsHsfA7可能參與氧化應(yīng)激的后期反應(yīng)。此外，用ABA和H2O2處理水稻后，OsHsfA4a和OsHsfA2基因的表達(dá)均上調(diào)，分別在4 h處理時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生2個(gè)表達(dá)高峰；又通過(guò)H2O2清除劑和抑制劑預(yù)處理試驗(yàn)證明，ABA對(duì)水稻HSFs基因的誘導(dǎo)作用是通過(guò)ABA誘導(dǎo)產(chǎn)生的H2O2來(lái)實(shí)現(xiàn)的［19］。由于OsHsfA2在干旱和活性氧脅迫下表達(dá)量均升高，說(shuō)明OsHSFA家族和水稻的抗氧化脅迫行為密切相關(guān)。

農(nóng)業(yè)土壤的鎘污染已造成一些糧食作物和蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的下降，影響了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［36］，因此植物耐鎘性的分子調(diào)控具有重要意義。Shim等［20］對(duì)小麥基因進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)熱激轉(zhuǎn)錄因子TaHsfA4a參與調(diào)控植物對(duì)鎘的耐受性。水稻體內(nèi)與TaHsfA4a同源性最高的OsHsfA4a蛋白也同樣能夠在酵母系統(tǒng)中提高對(duì)鎘的耐受性，但同源性第二高的OsHsfA4d沒(méi)有此功能。相應(yīng)地，異源表達(dá)TaHsfA4a的水稻植株對(duì)鎘的耐受性增強(qiáng)，而OsHsfA4a基因被敲除的水稻植株對(duì)鎘的耐受性降低。對(duì)利用TaHsfA4a和OsHsfA4d構(gòu)建的嵌合蛋白進(jìn)行功能結(jié)構(gòu)域分析，結(jié)果表明HsfA4a的DBD對(duì)于鎘耐受性起關(guān)鍵作用，而在DBD內(nèi)，Ala-31和Leu-42位點(diǎn)對(duì)于鎘耐受性是非常重要的［20］。此外，TaHsfA4a介導(dǎo)的鎘抗性需要金屬硫蛋白（metallothionein，MT），在小麥和水稻的根部，鎘脅迫引起HsfA4a和MT基因的轉(zhuǎn)錄水平提高。因此該研究結(jié)果表明，小麥和水稻的HsfA4a通過(guò)上調(diào)MT基因表達(dá)來(lái)提高植物的鎘耐受性。

3 OsHSFs在水稻抗病信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的功能與機(jī)制

3.1 OsHSFs在水稻抗稻瘟病中的功能與機(jī)制

稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）引起的稻瘟病發(fā)病于水稻的各個(gè)生育期，是水稻生產(chǎn)上的毀滅性病害，在世界各水稻產(chǎn)區(qū)都有發(fā)生［37］。防治稻瘟病最經(jīng)濟(jì)、有效的方法就是培育抗病水稻品種。N-乙酰殼寡糖（GNn）作為病原物相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP），在水稻中被模式識(shí)別受體CEBiP［38］和OsCERK1［39］感知。一旦與受體結(jié)合，GNn會(huì)激發(fā)一系列植物免疫反應(yīng)，包括基因表達(dá)變化、MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng)、ROS積累等［40］。水稻GRAS家族蛋白CIGR2是1個(gè)GNn信號(hào)應(yīng)答基因，其活性通過(guò)OsHsf23直接轉(zhuǎn)錄控制，在病原物感染期間介導(dǎo)過(guò)敏性細(xì)胞死亡的激活。CIGR2以及OsHsf23的RNAi轉(zhuǎn)基因植株的葉鞘表皮細(xì)胞在接種稻瘟菌無(wú)毒菌株后表現(xiàn)出高度顆?；?，而這兩種轉(zhuǎn)基因植株的抗性并未發(fā)生改變，這表明CIGR2可能通過(guò)激活OsHsf23以抑制稻瘟病菌引起的不親和互作中水稻細(xì)胞過(guò)度死亡［30］。

3.2 OsHSFs在水稻抗白葉枯病中的功能與機(jī)制

由 黃 單 胞 菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae，Xoo）引起的白葉枯病是導(dǎo)致水稻減產(chǎn)的重要細(xì)菌性病害。白葉枯病是Xoo通過(guò)水孔或傷口進(jìn)入水稻葉片，入侵維管組織而引起的［41］。水稻抗病品種‘SH5’和感病品種‘8411’接種Xoo 6 h后，OsHsfA2s、OsHsfB2s 和OsHsfC2b等11個(gè)HSFs成 員在抗、感品種‘SH5’和‘8411’中的表達(dá)水平存在顯著差異［42］。而有研究分析了7個(gè)OsHSFs基因（OsHsfA2a、OsHsfA2c、OsHsfA2d、OsHsfB2a、OsHsfB2b、OsHsfB2c1和OsHsfB2c2）在水稻葉片接種Xoo小種P6后的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)僅OsHsfB2c2參與了水稻對(duì)白葉枯病的抗性［29］。由此可見(jiàn)，HSFs成員在水稻對(duì)白葉枯病的防御過(guò)程中發(fā)揮重要作用。此外，有報(bào)道表明OsHsfB4d通過(guò)與OsHsp18.0-CI的啟動(dòng)子結(jié)合進(jìn)而調(diào)控對(duì)白葉枯病的抗性［28］。

3.3 OsHSFs在水稻抗細(xì)菌性條斑病中的功能與機(jī)制

由另一黃單胞菌（Xanthomonas oryzae pv.oryzicola，Xoc）引起的細(xì)菌性條斑病是影響全球水稻生產(chǎn)的重要病害之一［43］。Xoc通過(guò)傷口或氣孔入侵水稻，定殖于水稻葉片的薄壁組織細(xì)胞間并擴(kuò)展形成條狀病斑，隨著病斑的不斷擴(kuò)大，會(huì)導(dǎo)致水稻葉片的枯死。在水稻上接種Xoc菌株RS105后發(fā)現(xiàn)可以上調(diào)熱激轉(zhuǎn)錄因子OsHsp18.0-CI的表達(dá)［44］。過(guò)表達(dá)OsHsp18.0-CI的轉(zhuǎn)基因水稻明顯增強(qiáng)對(duì)Xoc菌株RS105的抗性，而OsHsp18.0-CI表達(dá)受抑制的水稻株系對(duì)RS105菌株的抗性則相應(yīng)降低。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)RNA-seq，與野生型水稻相比，基礎(chǔ)防御相關(guān)基因的表達(dá)在OsHsp18.0-CI過(guò)表達(dá)水稻植株中明顯增強(qiáng)。接種RS105菌株后，這些抗病基因的表達(dá)在OsHsp18.0-CI過(guò)表達(dá)水稻植株中相較于野生型對(duì)照植株更強(qiáng)烈地激活［45］。由此發(fā)現(xiàn)OsHsp18.0-CI正調(diào)節(jié)水稻對(duì)細(xì)菌性條斑病的抗性。除此之外，用Xoc菌株RS105在中華11（野生型，ZH11）和過(guò)表達(dá)OsHsp18.0-CI的水稻中接種后OsHsfB4d均上調(diào)。并且過(guò)表達(dá)OsHsfB4d的水稻植株對(duì)RS105抗性增強(qiáng)，OsHsp18.0-CI和致病相關(guān)基因表達(dá)增加。此外OsHsfB4d直接與OsHsp18.0-CI啟動(dòng)子中攜帶唯一HSE的DNA片段結(jié)合［28］，這表明OsHsfB4d參與了水稻對(duì)細(xì)菌性條斑病的防御過(guò)程。

3.4 OsHSFs在水稻葉片假病斑中的功能與機(jī)制

植物類(lèi)突變體是指在沒(méi)有明顯機(jī)械損傷、病原物侵染或者逆境脅迫的情況下，植物組織在葉片、葉鞘等部位自發(fā)形成類(lèi)似病原物侵染和壞死斑的一類(lèi)突變體［46］。許多水稻斑點(diǎn)葉突變體是了解水稻抗稻瘟病、抗白葉枯病和細(xì)胞程序性死亡機(jī)制的理想來(lái)源［47］。水稻類(lèi)病變突變發(fā)生的原因比較復(fù)雜，除了受內(nèi)部基因的調(diào)控之外，光照、溫度和濕度等環(huán)境因素也會(huì)導(dǎo)致一些類(lèi)病變突變體壞死斑的形成［21］。通過(guò)測(cè)序分析和互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，斑點(diǎn)葉基因spl7編碼OsHsfA4d［48］。在高溫及光照條件下，突變體spl7從分蘗到抽穗，整個(gè)葉片表面均分布著相對(duì)較小的紅棕色小點(diǎn)［21，48］，而當(dāng)降低溫度，或遮去光照中的紫外線，葉片斑點(diǎn)癥狀均會(huì)減輕。但是，無(wú)論是高溫或紫外線處理，突變體spl7在幼苗和嫩葉中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何損傷［48］，這表明OsHsfA4d負(fù)調(diào)控光溫下水稻的細(xì)胞死亡，在抑制水稻葉片假斑病中起到作用。

4 OsHSFs在水稻體內(nèi)的其他功能

除了參與水稻對(duì)各種脅迫的應(yīng)答之外，OsHSFs還參與了調(diào)控水稻的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。例如通過(guò)比較OsHsfA7過(guò)表達(dá)植株和野生型植株的根系不同，發(fā)現(xiàn)OsHsfA7過(guò)表達(dá)水稻的側(cè)根和根毛在苗期短于野生型對(duì)照植株，但是OsHsfA7過(guò)表達(dá)水稻的主根比野生型對(duì)照植株更長(zhǎng)，說(shuō)明OsHsfA7在水稻根的生長(zhǎng)過(guò)程中起重要作用［22］。通過(guò)對(duì)OsHsf18轉(zhuǎn)基因水稻植株進(jìn)行農(nóng)藝性狀調(diào)查之后發(fā)現(xiàn)，OsHsf18過(guò)表達(dá)植株與野生型對(duì)照植株相比，植株變矮，分蘗數(shù)減少，結(jié)實(shí)率降低，千粒重下降［45］。OsHsf18-RNAi轉(zhuǎn)基因植株與野生型植株相比，雖然在株高和分蘗數(shù)上無(wú)明顯差異，但是結(jié)實(shí)率低，千粒重下降［25-26］。說(shuō)明OsHSF18參與調(diào)控水稻的農(nóng)藝性狀，其轉(zhuǎn)錄水平過(guò)高或過(guò)低對(duì)植株的生長(zhǎng)發(fā)育都有一定的影響。

5 小結(jié)與展望

自從植物HSFs被發(fā)現(xiàn)能調(diào)控植物應(yīng)對(duì)高溫脅迫開(kāi)始，人們對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能機(jī)制有了更深入的研究，并且發(fā)現(xiàn)HSFs還參與調(diào)控植物對(duì)其他非生物脅迫和生物脅迫的抗性。該文綜述了HSFs的典型結(jié)構(gòu)，以及水稻HSFs的相關(guān)研究進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)HSFs參與水稻對(duì)溫度、鹽堿度、濕度、病害等多種非生物和生物逆境的響應(yīng)。但縱觀近年的研究進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)對(duì)水稻HSFs的研究主要以高溫脅迫為主，且多為對(duì)單一脅迫的影響，而對(duì)其在病蟲(chóng)害生物脅迫方面的功能研究甚少。

由于對(duì)HSFs的功能研究目前還不夠全面，可以從以下幾方面展開(kāi)進(jìn)一步研究：（1）運(yùn)用基因敲除、基因突變、超表達(dá)和RNAi等技術(shù)對(duì)HSFs在水稻病蟲(chóng)害生物脅迫響應(yīng)中的作用機(jī)理展開(kāi)深入研究。（2）運(yùn)用CHIP-Seq技術(shù)鑒定HSFs蛋白在全基因組上的結(jié)合位點(diǎn)，通過(guò)挑選不同通路中的差異性表達(dá)基因進(jìn)行更深入的研究，了解其與HSFs的分子互作機(jī)理。（3）應(yīng)用基因工程和分子育種技術(shù)，將能提高響應(yīng)逆境脅迫的HSFs應(yīng)用到水稻育種中，提高水稻的產(chǎn)量、對(duì)病原物的抗性和對(duì)非生物脅迫的耐受性。進(jìn)一步闡明HSFs在不同類(lèi)型的非生物脅迫與生物脅迫中的功能和信號(hào)途徑，有利于解析和完善植物抗病抗逆分子機(jī)制，并對(duì)水稻乃至其他作物抗病、抗逆育種中充分利用HSFs提高植物對(duì)逆境脅迫的耐受能力具有重要意義。