植物遗传资源学报2015,16(1):127-132 Joumal of Plant Genetic Resources DOl:10.13430/j.cnki.jpgr.2015.01.018 植物耐热相关基因研究进展 刘克禄,陈卫国 (甘肃省农业科学院,兰州730070) 摘要:植物受到高温胁迫时,会激活某些特定基因的表达,从而増强植物的耐热性。近年来,随着生物技术的不断发展, 植物耐热相关基因被相继克隆并转化植物体。本文对植物耐热的分子机制、相关基因的克隆、耐热性基因工程研究进展进行 了综述,并提出了植物耐热基因工程的研究方向。 关键词:植物;耐热;基因;研究进展 Recent advances in plant heat-related genes LIU Ke-lu, CHEN Wei-guo Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070) of specific genes may be activated under high temperature, which enhances the heat resistance of the plants. In recent years, with the continuous development of biotechnology, plant heat-related genes have been cloned and transferred into some plants. This paper reviewed the cloning of heat-related genes, its molec- ular mechanisms as well as the advancements of genetic engineering in this area and its prospects Key words: plant; heat tolerance; genes; research advances 植物在生长发育的过程中常会受到各种逆境胁在热激条件下可激活热激基因的表达。此外,膜质 迫的危害,在诸多逆境因子中,高温胁迫可能导致植脂肪酸的饱和度、抗氧化防卫机制及激素信号分子 物发育停滞甚至死亡。在世界范围内,农业损失经等等都在植物耐热性方面发挥着重要作用。 常是由热胁迫、干旱或其他胁迫共同引起的。植物 在进化过程中形成了许多应对高温逆境的机制,包1植物耐热分子生物学基础 括基础耐热性和获得耐热性。当植物受到高温胁迫1.1植物耐热性分子机制 时,一些基因被激活,从而导致一些代谢物和蛋白水 高温胁迫使植物受到热损伤,必然会导致植物 平的增加,这些基因中有些可能会保护植物免受高应对这种危害,这时植物细胞中便会表达和积累热 温胁迫的伤害,有些可能会激活某些特定基因的表激蛋白(HSPs),从而避免或减轻植物受到热损伤。 达从而增强植物的耐热性。目前已经克隆的与植物HsPs的积累是由热激转录因子(HSFs)调控的,在 耐热性有关的基因主要分为热激蛋白(HSPs,heat植物热激反应中或植物获得耐热性方面发挥着核心 shock proteins)、热激转录因子(HSFs, heat stress作用)。 transcription factors)、与膜稳定性、抗氧化和激素相 对高温压力的获得性耐热性,即热锻炼,是植物 关的基因等。热激蛋白的积累量是由热激转录因子应对高温胁迫的主要保护机制。热胁迫可以使植物 控制的,并在植物热激反应、植物或其他生物获得耐体内产生氧化胁迫,过氧化氢(H2O2)含量上升。有 热性方面发挥着核心作用。热激转录因子是热胁迫研究显示,芥末幼苗在热锻炼和水杨酸(SA)处理开 相应过程中的中心调控蛋白,是一种转录调控因子, 收稿日期:201403-08修回日期:201405-07网络出版日期:2014-12-11 Url:http://www.cnkinet/kems/detail/11.4996 41211.2218.015.html 基金项目:甘肃省农转资金计划项目(1305NCNA125) 第一作者研究方向为蔬菜新品种的选育及示范推广。E-mi:likely3l@gmi.com植物遗传资源学报 ２０１５，１６（１）：１２７⁃１３２ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｌａｎｔ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ＤＯＩ：１０． １３４３０ ／ ｊ． ｃｎｋｉ． ｊｐｇｒ． ２０１５． ０１． ０１８ 植物耐热相关基因研究进展 刘克禄，陈卫国 （甘肃省农业科学院，兰州 ７３００７０） 摘要：植物受到高温胁迫时，会激活某些特定基因的表达，从而增强植物的耐热性。 近年来，随着生物技术的不断发展， 植物耐热相关基因被相继克隆并转化植物体。 本文对植物耐热的分子机制、相关基因的克隆、耐热性基因工程研究进展进行 了综述，并提出了植物耐热基因工程的研究方向。 关键词：植物；耐热；基因；研究进展 Ｒｅｃｅｎｔ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｐｌａｎｔ Ｈｅａｔ⁃ｒｅｌａｔｅｄ Ｇｅｎｅｓ ＬＩＵ Ｋｅ⁃ｌｕ，ＣＨＥＮ Ｗｅｉ⁃ｇｕｏ （Ｇａｎｓｕ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｇｅｎｅｓ ｍａｙ ｂｅ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｅｎｈａｎｃｅｓ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｎｔｓ． Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐｌａｎｔ ｈｅａｔ⁃ｒｅｌａｔｅｄ ｇｅｎｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃｌｏｎｅｄ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ｉｎｔｏ ｓｏｍｅ ｐｌａｎｔｓ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｔｈｅ ｃｌｏｎｉｎｇ ｏｆ ｈｅａｔ⁃ｒｅｌａｔｅｄ ｇｅｎｅｓ，ｉｔｓ ｍｏｌｅｃ⁃ ｕｌａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｇｅｎｅｔｉｃ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｅａ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｌａｎｔ；ｈｅａｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ；ｇｅｎｅｓ；ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｄｖａｎｃｅｓ 收稿日期：２０１４⁃０３⁃０８ 修回日期：２０１４⁃０５⁃０７ 网络出版日期：２０１４⁃１２⁃１１ ＵＲＬ：ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ． ｃｎｋｉ． ｎｅｔ ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ ／ １１． ４９９６． Ｓ． ２０１４１２１１． ２２１８． ０１５． ｈｔｍｌ 基金项目：甘肃省农转资金计划项目（１３０５ＮＣＮＡ１２５） 第一作者研究方向为蔬菜新品种的选育及示范推广。 Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｉｕｋｅｌｕ７３１＠ ｇｍａｉｌ． ｃｏｍ 植物在生长发育的过程中常会受到各种逆境胁 迫的危害，在诸多逆境因子中，高温胁迫可能导致植 物发育停滞甚至死亡。 在世界范围内，农业损失经 常是由热胁迫、干旱或其他胁迫共同引起的。 植物 在进化过程中形成了许多应对高温逆境的机制，包 括基础耐热性和获得耐热性。 当植物受到高温胁迫 时，一些基因被激活，从而导致一些代谢物和蛋白水 平的增加，这些基因中有些可能会保护植物免受高 温胁迫的伤害，有些可能会激活某些特定基因的表 达从而增强植物的耐热性。 目前已经克隆的与植物 耐热性有关的基因主要分为热激蛋白（ ＨＳＰｓ，ｈｅａｔ ｓｈｏｃｋ ｐｒｏｔｅｉｎｓ）、 热 激 转 录 因 子 （ ＨＳＦｓ， ｈｅａｔ ｓｔｒｅｓｓ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒｓ）、与膜稳定性、抗氧化和激素相 关的基因等。 热激蛋白的积累量是由热激转录因子 控制的，并在植物热激反应、植物或其他生物获得耐 热性方面发挥着核心作用。 热激转录因子是热胁迫 相应过程中的中心调控蛋白，是一种转录调控因子， 在热激条件下可激活热激基因的表达。 此外，膜质 脂肪酸的饱和度、抗氧化防卫机制及激素信号分子 等等都在植物耐热性方面发挥着重要作用。 １ 植物耐热分子生物学基础 １． １ 植物耐热性分子机制 高温胁迫使植物受到热损伤，必然会导致植物 应对这种危害，这时植物细胞中便会表达和积累热 激蛋白（ＨＳＰｓ），从而避免或减轻植物受到热损伤。 ＨＳＰｓ 的积累是由热激转录因子（ＨＳＦｓ） 调控的，在 植物热激反应中或植物获得耐热性方面发挥着核心 作用［１⁃３］ 。 对高温压力的获得性耐热性，即热锻炼，是植物 应对高温胁迫的主要保护机制。 热胁迫可以使植物 体内产生氧化胁迫，过氧化氢（Ｈ２Ｏ２ ）含量上升。 有 研究显示，芥末幼苗在热锻炼和水杨酸（ＳＡ）处理开