全球氣候變暖導(dǎo)致極端高溫天氣出現(xiàn)的頻率和強(qiáng)度不斷增加，高溫脅迫誘發(fā)的早衰極大影響了植物的生長(zhǎng)發(fā)育和生物量的累積，但目前關(guān)于高溫脅迫誘導(dǎo)葉片衰老的機(jī)制還缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。另外，作為細(xì)胞內(nèi)源計(jì)時(shí)機(jī)制的生物鐘在調(diào)節(jié)植物應(yīng)答非生物脅迫過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，但其是否參與調(diào)控高溫脅迫誘導(dǎo)衰老的進(jìn)程還不清楚。

 

　　中科院植物所王雷研究組此前發(fā)現(xiàn)光敏色素相互作用因子（PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR4/5，PIF4/5）是生物鐘核心組分PRR基因家族的直接靶基因，介導(dǎo)著生物鐘對(duì)下胚軸光周期依賴性生長(zhǎng)的調(diào)控，也是植物溫度形態(tài)建成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。為進(jìn)一步闡明PIF4/5在溫度脅迫中的作用，研究人員對(duì)擬南芥植株進(jìn)行42oC高溫處理，發(fā)現(xiàn)PIF4/5突變體顯著延緩了高溫脅迫誘導(dǎo)的葉片衰老過(guò)程，而它們的超表達(dá)植株則表現(xiàn)出高溫脅迫誘導(dǎo)的早衰表型，這說(shuō)明PIF4/5參與了環(huán)境高溫誘導(dǎo)的葉片衰老進(jìn)程。轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)多個(gè)與脅迫、熱和氧化應(yīng)激響應(yīng)以及葉片衰老相關(guān)的基因在PIF4/5突變體中差異表達(dá)。研究人員進(jìn)一步通過(guò)轉(zhuǎn)錄組與ChIP-seq數(shù)據(jù)聯(lián)合分析發(fā)現(xiàn)，NAC019、SAG113、IAA29、CBF2和BRI1是PIF4/5的靶基因。研究還發(fā)現(xiàn)在高溫處理后的恢復(fù)過(guò)程中，PIF4和PIF5蛋白逐漸積累，同時(shí)衰老促進(jìn)因子NAC019和SAG113的轉(zhuǎn)錄水平也逐漸積累，而衰老抑制因子IAA29的轉(zhuǎn)錄水平則逐漸下降，表明它們可能是PIF4/5調(diào)控葉片高溫誘導(dǎo)衰老過(guò)程的關(guān)鍵靶基因。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)光/暗信號(hào)與生物鐘在高溫脅迫誘導(dǎo)葉片衰老過(guò)程中也發(fā)揮著重要作用。

 

　　有趣的是，在12小時(shí)光照/12小時(shí)黑暗條件下，擬南芥在白天對(duì)高溫脅迫誘導(dǎo)的葉片衰老具有更強(qiáng)的抵抗能力；而在持續(xù)光照條件下，擬南芥葉片衰老的速度在主觀性白天更快，而在主觀性夜晚則較慢，說(shuō)明生物鐘對(duì)擬南芥響應(yīng)高溫脅迫誘導(dǎo)葉片衰老的調(diào)控機(jī)制并不依賴于環(huán)境的光/暗信號(hào)。綜上所述，該研究解析了PIF4和PIF5調(diào)控高溫脅迫誘導(dǎo)葉片衰老的分子機(jī)理，為進(jìn)一步全面揭示高溫脅迫誘導(dǎo)葉片衰老的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)奠定了理論基礎(chǔ)，并為培育高溫脅迫條件下延緩衰老的種質(zhì)材料提供了遺傳改良靶點(diǎn)。

 

　　該研究成果于4月8日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Experimental Botany。中科院植物所在讀博士研究生李娜為本論文的第一作者，張媛媛副研究員和王雷研究員為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)B類項(xiàng)目以及中科院青促會(huì)等項(xiàng)目的資助。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1093/jxb/erab158

 

　?。ǚ肿由韺?shí)驗(yàn)室供稿）

　　PIFs調(diào)控高溫脅迫誘導(dǎo)葉片衰老的分子機(jī)制