水稻 HSP101 及 HSA32 的正回饋作用調節了長期後天耐熱性並闡明熱逆境反應在水稻品系的多樣性

生育期發生的高溫逆境會降低水稻的產量及品質。我們以遺傳學的方法，研究水稻如何適應高溫逆境以及其耐熱機制，冀望未來能夠減輕高溫逆境對水稻的傷害。本研究探討水稻幼苗經過熱馴化後，產生長期後天耐熱性(Long-term acquired thermotolerance, LAT)的分子機制。水稻的兩個編碼熱休克蛋白質基因:熱休克蛋質101基因(HEAT SHOCK PROTEIN 101, HSP101)及熱休克蛋白質32基因(HEAT-STRESS-ASSOCIATED 32-KD PROTEIN, HSA32)，在受熱誘導表現之後，彼此能夠在後轉錄階段相互正回饋調節，這種調控途徑使得水稻幼苗在熱馴化處理之後產生LAT。此外，水稻種子的基礎耐熱性也與HSP101與HSA32的相互調控有關，此結果與雙子葉模式植物-阿拉伯芥種子的耐熱試驗結果一致。故推測在單子葉植物及雙子葉植物種子的熱逆境反應機制中，都需要這種正回饋調節作用應對自然界的高溫逆境。另一方面，比較日本稉型水稻—日本晴(Nipponbare)與印度秈型水稻—N22幼苗的耐熱性結果顯示，N22的幼苗比Nipponbare幼苗具有更強的基礎耐熱性。然而在LAT的試驗中卻得到相反的結果，N22的LAT比Nipponbare差。顯示兩個不同水稻栽培品種，各自有擅長的耐熱特性。同時，比較Nipponbare與N22的水稻幼苗在熱馴化後，HSP101與HSA32的蛋白質表現量。發現水稻幼苗經過熱馴化後，Nipponbare的HSP101及HSA32蛋白質表現量比N22高。此結果亦可解釋在LAT試驗，經過熱馴化之後，Nipponbare水稻幼苗的LAT比N22高。本篇闡述耐熱反應多樣性存在於不同類型的栽培種水稻之中，因應氣候變遷對作物的衝擊，此結果可以作為耐熱水稻育種及作物改良工作上的參考。
常怡雍

 

同研究人員:林孟逸、柴幗馨、辜瑞雪、匡麟云、盧虎生、常怡雍