近日，中國熱科院南亞所熱帶糧食作物研究中心團(tuán)隊(duì)在馬鈴薯抗高溫StGATA2基因功能研究中取得新進(jìn)展。該研究為StGATA2在耐熱響應(yīng)中的功能及其可能的機(jī)制提供了新的見解，同時(shí)為馬鈴薯耐高溫育種的分子改良提供了基因儲(chǔ)備和材料基礎(chǔ)。

 

　　馬鈴薯是我國重要的糧食作物，其塊莖發(fā)育的適宜土溫是16℃-18℃，超過30℃致使塊莖停止生長(zhǎng)并導(dǎo)致塊莖數(shù)量明顯減少，甚至不能形成塊莖，嚴(yán)重影響產(chǎn)量，解析馬鈴薯耐熱的分子機(jī)制是培育馬鈴薯耐高溫品種的重要基礎(chǔ)。由于植物耐熱反應(yīng)在很大程度上受轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，各種轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮了重要作用。因此，剖析馬鈴薯StGATA轉(zhuǎn)錄因子的功能及其作用機(jī)制是闡明其耐熱機(jī)制的重要途徑。

 

　　團(tuán)隊(duì)研究人員分別對(duì)不同溫度脅迫下馬鈴薯StGATAs家族基因的表達(dá)模式進(jìn)行了分析，同時(shí)構(gòu)建StGATA2過表達(dá)和RNA干擾表達(dá)植株。系統(tǒng)分析了馬鈴薯57個(gè)StGATAs家族基因在高溫脅迫下表達(dá)模式，篩選得到與耐熱相關(guān)的StGATA2基因并明確了該基因所編碼的蛋白定位于細(xì)胞核。高溫條件下，StGATA2通過提升馬鈴薯植株體內(nèi)超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）等抗氧化酶的活性并降低過氧化氫含量來增強(qiáng)馬鈴薯的耐熱性。同時(shí)，StGATA2還增加了脯氨酸含量和減少丙二醛的含量以保證熱脅迫下細(xì)胞膜的穩(wěn)定性。此外，StGATA2還增強(qiáng)蒸騰速率和光合作用，降低了氣孔導(dǎo)度。因此，StGATA2主要通過提升馬鈴薯植株體內(nèi)抗氧化酶活性、保持細(xì)胞膜穩(wěn)定性并增強(qiáng)植株光合作用提升馬鈴薯耐熱性。

 

　　該研究成果以“Heat responsive gene StGATA2 functions in plant growth, photosynthesis and antioxidant defense under heat stress conditions”為題發(fā)表在《Frontiers in Plant Science》上。中國熱科院南亞熱帶作物研究所助理研究員朱熙博士為該論文的第一作者，助理研究員張彧博士為該論文的通訊作者。該研究得到了海南省自然科學(xué)基金和中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)共同資助。

 

　　論文鏈接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2023.1227526/full