近日，南亚所热带粮食作物研究中心团队在马铃薯抗高温StGATA2基因功能研究中取得新进展。该研究为StGATA2在耐热响应中的功能及其可能的机制提供了新的见解，同时为马铃薯耐高温育种的分子改良提供了基因储备和材料基础。
马铃薯是我国重要的粮食作物，其块茎发育的适宜土温是16℃-18℃，超过30℃致使块茎停止生长并导致块茎数量明显减少，甚至不能形成块茎，严重影响产量，解析马铃薯耐热的分子机制是培育马铃薯耐高温品种的重要基础。由于植物耐热反应在很大程度上受转录水平的调控，各种转录因子发挥了重要作用。因此，剖析马铃薯StGATA转录因子的功能及其作用机制是阐明其耐热机制的重要途径。
团队研究人员分别在20℃（对照）、30℃（轻度胁迫）和35℃（重度胁迫）条件下培养马铃薯植株，对不同温度胁迫下马铃薯StGATAs家族基因的表达模式进行了分析，同时构建StGATA2过表达和RNA干扰表达植株。系统分析了马铃薯57个StGATAs家族基因在高温胁迫下表达模式，筛选得到与耐热相关的StGATA2基因并明确了该基因所编码的蛋白定位于细胞核。高温条件下，StGATA2通过提升马铃薯植株体内SOD、CAT和POD抗氧化酶的活性并降低H2O2含量来增强马铃薯的耐热性。同时，StGATA2还增加了脯氨酸含量和减少MDA的含量以保证热胁迫下细胞膜的稳定性。此外，StGATA2还增强蒸腾速率和光合作用，降低了气孔导度。因此，StGATA2主要通过提升马铃薯植株体内抗氧化酶活性、保持细胞膜稳定性并增强植株光合作用提升马铃薯耐热性。
图1. StGATAs家族基因在不同高温胁迫下的表达分析
图2. StGATA2-GFP融合蛋白在烟草表皮细胞的核定位
图3. 高温胁迫下转基因和非转基因植株生长指标分析
图4. 高温胁迫下转基因和非转基因植株气孔开度和光合指标的测定
该研究成果以“Heat responsive gene StGATA2 functions in plant growth, photosynthesis and antioxidant defense under heat stress conditions”为题发表在植物学期刊《Frontiers in Plant Science》（中科院二区 IF=5.6）上。中国热带农业科学院南亚热带作物研究所助理研究员朱熙博士为该论文的第一作者，助理研究员张彧博士为该论文的通讯作者。该研究得到了海南省自然科学基金（322MS116，323MS095）和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（1630062023001，1630062023002）共同资助。
论文链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2023.1227526/full
近日，南亚所热带粮食作物研究中心团队在马铃薯抗高温StGATA2基因功能研究中取得新进展。该研究为StGATA2在耐热响应中的功能及其可能的机制提供了新的见解，同时为马铃薯耐高温育种的分子改良提供了基因储备和材料基础。
马铃薯是我国重要的粮食作物，其块茎发育的适宜土温是16℃-18℃，超过30℃致使块茎停止生长并导致块茎数量明显减少，甚至不能形成块茎，严重影响产量，解析马铃薯耐热的分子机制是培育马铃薯耐高温品种的重要基础。由于植物耐热反应在很大程度上受转录水平的调控，各种转录因子发挥了重要作用。因此，剖析马铃薯StGATA转录因子的功能及其作用机制是阐明其耐热机制的重要途径。
团队研究人员分别在20℃（对照）、30℃（轻度胁迫）和35℃（重度胁迫）条件下培养马铃薯植株，对不同温度胁迫下马铃薯StGATAs家族基因的表达模式进行了分析，同时构建StGATA2过表达和RNA干扰表达植株。系统分析了马铃薯57个StGATAs家族基因在高温胁迫下表达模式，筛选得到与耐热相关的StGATA2基因并明确了该基因所编码的蛋白定位于细胞核。高温条件下，StGATA2通过提升马铃薯植株体内SOD、CAT和POD抗氧化酶的活性并降低H2O2含量来增强马铃薯的耐热性。同时，StGATA2还增加了脯氨酸含量和减少MDA的含量以保证热胁迫下细胞膜的稳定性。此外，StGATA2还增强蒸腾速率和光合作用，降低了气孔导度。因此，StGATA2主要通过提升马铃薯植株体内抗氧化酶活性、保持细胞膜稳定性并增强植株光合作用提升马铃薯耐热性。
图1. StGATAs家族基因在不同高温胁迫下的表达分析
图2. StGATA2-GFP融合蛋白在烟草表皮细胞的核定位
图3. 高温胁迫下转基因和非转基因植株生长指标分析
图4. 高温胁迫下转基因和非转基因植株气孔开度和光合指标的测定
该研究成果以“Heat responsive gene StGATA2 functions in plant growth, photosynthesis and antioxidant defense under heat stress conditions”为题发表在植物学期刊《Frontiers in Plant Science》（中科院二区 IF=5.6）上。中国热带农业科学院南亚热带作物研究所助理研究员朱熙博士为该论文的第一作者，助理研究员张彧博士为该论文的通讯作者。该研究得到了海南省自然科学基金（322MS116，323MS095）和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（1630062023001，1630062023002）共同资助。
论文链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2023.1227526/full