130 植物遗传资源学报 卷 为伸展 胁迫响应的信号转导途径。C.B.Ko等筛选了 许多证据表明,在热胁迫条件下叶绿体sHsp超玉米子粒的cDNA文库,发现了一个很可能与耐热 表达可以提高番茄和烟草光系统Ⅱ免受伤害,相关的基因序列, Blast结果显示该序列与拟南芥 同时烟草线粒体sHsp的超表达可以增强烟草的耐GAS4基因有较高同源性,并且受赤霉素的诱导 热性{x2 超表达转化拟南芥发现该基因可提高转基因株系 3.2热激转录因子相关基因 的耐热性,内质网伴侣表达分析表明GAS4很可 在植物细胞中存在一种热激蛋白,在热胁迫条能通过影响BP基因的表达来改善拟南芥的耐 件下可以与热激元件结合从而激活下游基因的表热性 达,称为热激转录因子。N. Yokotani等将水3.5抗氧化相关基因 稻的 OsHsfA2e转录因子超表达转化拟南芥,结果表 G.Milr等[4以拟南芥抗坏血酸过氧化物酶 明,转基因拟南芥从种子萌动到开花耐热性都明显 tylAPX突变体来研究植物的耐热性,发现热胁迫可 提高,并且转基因株系还表现为一定的耐盐性。拟提高APX的含量,进而清除植物体内因热诱导产生 南芥热激转录因子HA2是一类参与逆境胁迫调的活性氧中间体(ROs, reactive oxygen species),降 节的关键基因3,Y. Charng等利用TDNA插低ROS对细胞膜的损伤,提高植物的耐热性。李枝 入技术获得了拟南芥H/2突变体,37℃热处理梅等{将定位于植物叶绿体和细胞质的胆碱氧化 后,突变体和野生型相比表现为耐热性下降,通过酶基因cod4在番茄植株中过量表达,研究了codA 免疫印迹法分析可知,突变体中小分子量热激蛋基因与耐热性的关系。试验表明,od基因能够抑 白的数量远少于野生型的。秦丹丹以小麦制高温胁迫下番茄体内活性氧的产生,降低膜质过 TAMI07为材料克隆获得了热胁迫剧烈上调表达氧化程度,维持细胞膜的稳定性,提高PSⅡ的耐热 的乙烯应答转录共激活子基因 TaMbAc,通过转性和抗氧化酶基因的表达。张扬{4利用GS技术 化酵母发现在48℃高温下,重组酵母的耐热性明沉默了番茄S-亚硝基谷胱甘肽还原酶基因SGSN 显高于转空载体的。 OR,研究了高温下番茄 SIGSNOR基因的沉默对植株 3.3脂肪酸合成相关基因 光合机构和高温抗性的影响,并通过抗氧化系统、基 植物中的脂肪酸去饱和酶主要有FAD2、FAD3、因表达和激素含量的分析,研究了S-亚硝酰化在 FAD6FAD7、FAD8等5种,催化产生不饱和脂肪植物抗逆反应尤其是耐高温反应中的作用机制,为 酸。研究表明,脂肪酸的饱和度与温度具有相关性,改进高温条件下番茄的栽培措施和耐高温新品种创 因此,编码脂肪酸去饱和酶基因在植物抗高温胁迫造提供理论基础。 中起着积极作用。Y. Murakami等{将编码叶绿体3.6其他基因 ω-3脂肪酸去饱和酶基因沉默表达,转基因后代中 植物体中叶绿体铁氧还蛋白对细胞的代谢起着 烯脂肪酸含量较野生型低,提高了植物的耐热性。关键作用,V.B. Tognett等将FD转化烟草,正 刘训言从番茄叶片中分离获得了番茄叶绿体常温度培养14d的幼苗置于40℃高温下,野生型烟 ω-3脂肪酸去饱和酶基因 Lead7,通过对其表达模草叶片全部白化而转基因烟草仍表现为正常生长。 式和功能分析表明,抑制该基因的表达可以提高番X.H.Yang等{将来自菠菜的甜菜碱基因 BAdH-I 茄植株的耐热性。M. Zhang等则研究发现过表达转化烟草,发现转基因烟草的耐热性高于对照,进一 FADB8基因的烟草植株对高温更为敏感,也从反面步研究表明,高温条件下转基因烟草的叶绿素荧光 证实了FAD8与植物耐热性相关。 参数和对照的保持同一水平,而转基因烟草 Rubisco 3.4植物激素相关基因 的活性强于野生型的。 J. Larkindale等(2筛选了45个拟南芥的突变 随着生物技术的不断发展,植物基因工程技术 体和1个转基因株系的耐热性,鉴定了一些与耐也取得了长足进步,遗传转化及所转化基因表达的 热性相关的基因,这些基因涉及到ABA信号转导稳定性不断提高。因此,通过转基因技术来增强植 途径、水杨酸信号途径、乙烯信号转导途径及活性物的抗逆性成为可能。近年来,与植物耐热性相关 氧信号转导途径,进一步研究表明,这些突变体中基因不断被分离、克隆、转化得到了转基因植物,获 的HSP01和 SHSPs的累积量都和野生型维持在得耐热性(表1)。 同一水平,说明这些途径都是独立于热激蛋白热植 物 遗 传 资 源 学 报 １６ 卷 为伸展。 许多证据表明，在热胁迫条件下叶绿体 ｓＨｓｐ 超 表达可以提高番茄和烟草光系统Ⅱ免受伤害［３０⁃３１］ ， 同时烟草线粒体 ｓＨｓｐ 的超表达可以增强烟草的耐 热性［３２］ 。 ３． ２ 热激转录因子相关基因 在植物细胞中存在一种热激蛋白，在热胁迫条 件下可以与热激元件结合从而激活下游基因的表 达，称为热激转录因子［３３］ 。 Ｎ． Ｙｏｋｏｔａｎｉ 等［３４］ 将水 稻的 ＯｓＨｓｆＡ２ｅ 转录因子超表达转化拟南芥，结果表 明，转基因拟南芥从种子萌动到开花耐热性都明显 提高，并且转基因株系还表现为一定的耐盐性。 拟 南芥热激转录因子 ＨｓｆＡ２ 是一类参与逆境胁迫调 节的关键基因［３５］ ，Ｙ． Ｃｈａｒｎｇ 等［３６］ 利用 Ｔ⁃ＤＮＡ 插 入技术获得了拟南芥 ＨｓｆＡ２ 突变体，３７ ℃ 热处理 后，突变体和野生型相比表现为耐热性下降，通过 免疫印迹法分析可知，突变体中小分子量热激蛋 白的 数 量 远 少 于 野 生 型 的。 秦 丹 丹［３７］ 以 小 麦 ＴＡＭ１０７ 为材料克隆获得了热胁迫剧烈上调表达 的乙烯应答转录共激活子基因 ＴａＭＢＦ１ｃ，通过转 化酵母发现在 ４８ ℃ 高温下，重组酵母的耐热性明 显高于转空载体的。 ３． ３ 脂肪酸合成相关基因 植物中的脂肪酸去饱和酶主要有 ＦＡＤ２、ＦＡＤ３、 ＦＡＤ６、ＦＡＤ７、ＦＡＤ８ 等 ５ 种，催化产生不饱和脂肪 酸。 研究表明，脂肪酸的饱和度与温度具有相关性， 因此，编码脂肪酸去饱和酶基因在植物抗高温胁迫 中起着积极作用。 Ｙ． Ｍｕｒａｋａｍｉ 等［３８］ 将编码叶绿体 ω⁃３ 脂肪酸去饱和酶基因沉默表达，转基因后代中 三烯脂肪酸含量较野生型低，提高了植物的耐热性。 刘训言［１８］ 从番茄叶片中分离获得了番茄叶绿体 ω⁃３ 脂肪酸去饱和酶基因 ＬｅＦＡＤ７，通过对其表达模 式和功能分析表明，抑制该基因的表达可以提高番 茄植株的耐热性。 Ｍ． Ｚｈａｎｇ 等［３９］ 研究发现过表达 ＦＡＤ８ 基因的烟草植株对高温更为敏感，也从反面 证实了 ＦＡＤ８ 与植物耐热性相关。 ３． ４ 植物激素相关基因 Ｊ． Ｌａｒｋｉｎｄａｌｅ 等［２２］筛选了 ４５ 个拟南芥的突变 体和 １ 个转基因株系的耐热性，鉴定了一些与耐 热性相关的基因，这些基因涉及到 ＡＢＡ 信号转导 途径、水杨酸信号途径、乙烯信号转导途径及活性 氧信号转导途径，进一步研究表明，这些突变体中 的 ＨＳＰ１０１ 和 ｓＨＳＰｓ 的累积量都和野生型维持在 同一水平，说明这些途径都是独立于热激蛋白热 胁迫响应的信号转导途径。 Ｃ． Ｂ． Ｋｏ 等［４０］ 筛选了 玉米子粒的 ｃＤＮＡ 文库，发现了一个很可能与耐热 相关的基因序列，Ｂｌａｓｔ 结果显示该序列与拟南芥 ＧＡＳＡ４ 基因有较高同源性，并且受赤霉素的诱导， 超表达转化拟南芥发现该基因可提高转基因株系 的耐热性，内质网伴侣表达分析表明 ＧＡＳＡ４ 很可 能通过影响 ＢｉＰ 基因的表达来改善拟南芥的耐 热性。 ３． ５ 抗氧化相关基因 Ｇ． Ｍｉｌｌｅｒ 等［４１］ 以拟南芥抗坏血酸过氧化物酶 ｔｙｌＡＰＸ 突变体来研究植物的耐热性，发现热胁迫可 提高 ＡＰＸ 的含量，进而清除植物体内因热诱导产生 的活性氧中间体（ＲＯＳ，ｒｅａｃｔｉｖｅ ｏｘｙｇｅｎ ｓｐｅｃｉｅｓ），降 低 ＲＯＳ 对细胞膜的损伤，提高植物的耐热性。 李枝 梅等［４２］将定位于植物叶绿体和细胞质的胆碱氧化 酶基因 ｃｏｄＡ 在番茄植株中过量表达，研究了 ｃｏｄＡ 基因与耐热性的关系。 试验表明，ｃｏｄＡ 基因能够抑 制高温胁迫下番茄体内活性氧的产生，降低膜质过 氧化程度，维持细胞膜的稳定性，提高 ＰＳⅡ的耐热 性和抗氧化酶基因的表达。 张扬［４３］利用 ＶＩＧＳ 技术 沉默了番茄 Ｓ － 亚硝基谷胱甘肽还原酶基因 ＳｌＧＳＮ⁃ ＯＲ，研究了高温下番茄 ＳｌＧＳＮＯＲ 基因的沉默对植株 光合机构和高温抗性的影响，并通过抗氧化系统、基 因表达和激素含量的分析，研究了 Ｓ － 亚硝酰化在 植物抗逆反应尤其是耐高温反应中的作用机制，为 改进高温条件下番茄的栽培措施和耐高温新品种创 造提供理论基础。 ３． ６ 其他基因 植物体中叶绿体铁氧还蛋白对细胞的代谢起着 关键作用，Ｖ． Ｂ． Ｔｏｇｎｅｔｔｉ 等［４４］ 将 ＦＬＤ 转化烟草，正 常温度培养 １４ｄ 的幼苗置于 ４０℃ 高温下，野生型烟 草叶片全部白化而转基因烟草仍表现为正常生长。 Ｘ． Ｈ． Ｙａｎｇ 等［４５］将来自菠菜的甜菜碱基因 ＢＡＤＨ⁃１ 转化烟草，发现转基因烟草的耐热性高于对照，进一 步研究表明，高温条件下转基因烟草的叶绿素荧光 参数和对照的保持同一水平，而转基因烟草 Ｒｕｂｉｓｃｏ 的活性强于野生型的。 随着生物技术的不断发展，植物基因工程技术 也取得了长足进步，遗传转化及所转化基因表达的 稳定性不断提高。 因此，通过转基因技术来增强植 物的抗逆性成为可能。 近年来，与植物耐热性相关 基因不断被分离、克隆、转化得到了转基因植物，获 得耐热性（表 １）。 １３０