全球氣候變暖導(dǎo)致極端高溫天氣出現(xiàn)的頻率和強度不斷增加，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)葉片衰老的機制還缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識。另外，作為細(xì)胞內(nèi)源計時機制的生物鐘在調(diào)節(jié)植物應(yīng)答非生物脅迫過程中發(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)著生物鐘對下胚軸光周期依賴性生長的調(diào)控，也是植物溫度形態(tài)建成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。為進一步闡明PIF4/5在溫度脅迫中的作用，研究人員對擬南芥植株進行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，這說明PIF4/5參與了環(huán)境高溫誘導(dǎo)的葉片衰老進程。轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)多個與脅迫、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)。研究人員進一步通過轉(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)過程中，PIF4和PIF5蛋白逐漸積累，同時衰老促進因子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)衰老過程的關(guān)鍵靶基因。進一步研究發(fā)現(xiàn)光/暗信號與生物鐘在高溫脅迫誘導(dǎo)葉片衰老過程中也發(fā)揮著重要作用。

 

　　有趣的是，在12小時光照/12小時黑暗條件下，擬南芥在白天對高溫脅迫誘導(dǎo)的葉片衰老具有更強的抵抗能力；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，說明生物鐘對擬南芥響應(yīng)高溫脅迫誘導(dǎo)葉片衰老的調(diào)控機制并不依賴于環(huán)境的光/暗信號。綜上所述，該研究解析了PIF4和PIF5調(diào)控高溫脅迫誘導(dǎo)葉片衰老的分子機理，為進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。

 

　　該研究成果于4月8日在線發(fā)表于國際學(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。該研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項B類項目以及中科院青促會等項目的資助。

 

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

 

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