近日，南亚所热带粮食作物研究中心团队在马铃薯抗高温促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）基因的功能研究中取得新进展。该研究对于探明马铃薯在高温胁迫信号转导调控机理方面具有重要意义，也为利用基因工程手段提高马铃薯耐热品种的选育提供理论依据。
高温胁迫会严重抑制马铃薯生长发育，导致产量下降，造成严重经济损失。植物通过复杂的信号转导途径来应对高温胁迫，而MAPK是一类参与信号转导途径的重要蛋白激酶，在植物的生长发育和逆境响应中发挥着极为重要的作用。因此，解析StMAPK在高温胁迫中的功能为研究马铃薯耐高温信号转导分子机制提供了参考和借鉴。
团队研究人员分别在20℃（常温）、30℃（轻度胁迫）和35℃（重度胁迫）不同温度条件培养马铃薯植株，分析了马铃薯15个StMAPKs家族基因在高温胁迫下的表达模式，并获得在不同时间高温胁迫处理下均维持相对表达量较高StMAPK1作为热胁迫相关的目标基因，构建StMAPK1过表达及RNA干扰表达载体，采用农杆菌介导的微型薯外植体遗传转化马铃薯，成功获得了转基因植株，并对StMAPK1基因在高温胁迫下功能进行了系统的研究。研究表明，StMAPK1蛋白定位于细胞核，并且StMAPK1可以通过增加脯氨酸含量和减少丙二醛含量以达到降低细胞膜的离子渗透率，从而保证高温胁迫下细胞膜的稳定性。同时，StMAPK1还通过提高超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶的活性并降低植物体内过氧化氢的含量以抵御高温造成的氧化胁迫伤害。此外，StMAPK1还通过增强蒸腾速率和净光合速率并降低气孔导度以保障高温胁迫下有效的气体交换和光合作用。同时，研究还发现热激转录因子(heat shock transcriptionfactorA3, HSFA3)和热激蛋白(heat shock protein, HSP)基因在热胁迫下都可以响应StMAPK1的诱导表达并维持在较高的表达水平，由此推测StMAPK1可能通过介导热激转录因子StHSFA3调控马铃薯的耐热性。
图1. StMAPKs家族基因在不同高温胁迫下的表达分析
图2. StMAPK1-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气孔开度和光合指标的测定
补充材料图2 高温胁迫下转基因和非转基因植株表型的差异
该研究成果以“StMAPK1 functions as a thermos-tolerant gene in regulating heat stress tolerance in potato (Solanum tuberosum)”为题在植物学期刊《Frontiers in Plant Science》上发表。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.2023.1218962/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促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）基因的功能研究中取得新进展。该研究对于探明马铃薯在高温胁迫信号转导调控机理方面具有重要意义，也为利用基因工程手段提高马铃薯耐热品种的选育提供理论依据。
高温胁迫会严重抑制马铃薯生长发育，导致产量下降，造成严重经济损失。植物通过复杂的信号转导途径来应对高温胁迫，而MAPK是一类参与信号转导途径的重要蛋白激酶，在植物的生长发育和逆境响应中发挥着极为重要的作用。因此，解析StMAPK在高温胁迫中的功能为研究马铃薯耐高温信号转导分子机制提供了参考和借鉴。
团队研究人员分别在20℃（常温）、30℃（轻度胁迫）和35℃（重度胁迫）不同温度条件培养马铃薯植株，分析了马铃薯15个StMAPKs家族基因在高温胁迫下的表达模式，并获得在不同时间高温胁迫处理下均维持相对表达量较高StMAPK1作为热胁迫相关的目标基因，构建StMAPK1过表达及RNA干扰表达载体，采用农杆菌介导的微型薯外植体遗传转化马铃薯，成功获得了转基因植株，并对StMAPK1基因在高温胁迫下功能进行了系统的研究。研究表明，StMAPK1蛋白定位于细胞核，并且StMAPK1可以通过增加脯氨酸含量和减少丙二醛含量以达到降低细胞膜的离子渗透率，从而保证高温胁迫下细胞膜的稳定性。同时，StMAPK1还通过提高超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶的活性并降低植物体内过氧化氢的含量以抵御高温造成的氧化胁迫伤害。此外，StMAPK1还通过增强蒸腾速率和净光合速率并降低气孔导度以保障高温胁迫下有效的气体交换和光合作用。同时，研究还发现热激转录因子(heat shock transcriptionfactorA3, HSFA3)和热激蛋白(heat shock protein, HSP)基因在热胁迫下都可以响应StMAPK1的诱导表达并维持在较高的表达水平，由此推测StMAPK1可能通过介导热激转录因子StHSFA3调控马铃薯的耐热性。
图1. StMAPKs家族基因在不同高温胁迫下的表达分析
图2. StMAPK1-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气孔开度和光合指标的测定
补充材料图2 高温胁迫下转基因和非转基因植株表型的差异
该研究成果以“StMAPK1 functions as a thermos-tolerant gene in regulating heat stress tolerance in potato (Solanum tuberosum)”为题在植物学期刊《Frontiers in Plant Science》上发表。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.2023.1218962/full