摘要
全球气候变暖加剧严重影响植物生长、发育和群落分布。农业生产中，高温导致粮食作物产量减少、甚至绝产。因此，探究植物应答高温的分子遗传机制，具有重要生物学和农业生产意义。模式植物拟南芥主要由温度感受器phyB感知环境温度升高而活性降低，有利于下游转录因子PIF4的稳定性，促进生长素合成及信号通路相关基因表达，实现温度形态建成。尽管如此，植物响应周围环境温度升高的分子遗传机制仍需进一步完善。 本研究发现拟南芥脱落酸信号通路核心组分SnRK2.2、SnRK2.3和SnRK2.6蛋白含量随环境温度升高而积累，暗示SnRK2可能参与植物对周围温度变化的应答。环境温度升高，这些激酶编码基因的三缺失突变体snrk2.2/2.3/2.6（snrk2tri）下胚轴伸长与野生型相比显著减少，而snrk2.6和snrk2.2/2.3与野生型相比没有明显差异。相比野生型，分别过表达这三个基因的转基因植物在环境温度升高时下胚轴显著伸长，表明SnRK2.2、SnRK2.3和SnRK2.6参与植物下胚轴伸长对环境温度变化的响应，且存在基因功能冗余。酵母双杂交结果显示，SnRK2亚家族四个成员SnRK2.2、SnRK2.3、SnRK2.6和SnRK2.8与phyB直接相互作用。荧光酶素互补、双分子荧光互补和免疫共沉淀实验进一步证明该相互作用也发生在植物细胞中，说明环境温度升高，SnRK2s可能通过phyB参与植物对温度变化的应答。磷酸化实验结果显示，SnRK2s能够在体内和体外直接磷酸化phyB。环境温度升高引起的phyB蛋白水平降低在snrk2.2/2.3/2.6/2.8(snrk2qua)中明显减弱，表明SnRK2s能够磷酸化修饰phyB，促进phyB降解。与野生型相比，snrk2qua下胚轴伸长对环境温度升高更不敏感，而phyB能够恢复这种不敏感性，说明SnRK2s调节植物环境温度应答在遗传上也依赖于温度感受器phyB对下胚轴伸长的调控。对phyB热形态建成信号通路的研究表明，PIF4可能存在于phyB和SnRK2s形成的复合体中，但PIF4并不与SnRK2s直接互作，说明SnRK2s参与植物环境温度升高的应答可能不涉及PIF4。转录组分析显示，环境温度升高引起的pif4-2与snrk2qua差异表达基因，与野生型相比存在显著差异。其中，细胞壁松弛相关酶编码基因(如EXP7和XTH17)及氧化胁迫应答基因（如WRKY30和PRX52）受环境温度升高的诱导表达依赖于SnRK2s而不依赖PIF4。环境温度升高，snrk2qua下胚轴部位活性氧自由基与野生型相比显著积累，而pif4-2与野生型相比无明显差异;而环境温度升高导致的snrk2qua下胚轴处活性氧自由基的积累能够被phyB所恢复。说明环境温度升高，SnRK2s可能通过抑制细胞中超氧化物自由基积累，促进下胚轴伸长。 综上，本研究发现SnRK2s通过磷酸化修饰促进温度感受器phyB降解，促进细胞壁松弛基因上调和抑制活性氧自由基代谢相关基因表达，从而加速细胞壁的松弛与重构，促进下胚轴细胞伸长，参与植物对环境温度升高的应答。本研究为深入理解植物热形态建成分子遗传机制提供了新的依据，也为改良农作物适应环境高温打下新的理论基础。
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