中科院上海生命科學研究院植物生理生態所的科研人員日前揭示了高等植物葉綠體是細胞啟動胞內熱激反應的信號源，首次建立了葉綠體蛋白翻譯效率和細胞核熱脅迫響應轉錄因子HsfA2表達啟動的遺傳關系，證實了植物細胞存在熱激反應的葉綠體逆向調控信號途徑。相關成果近日在線發表于《公共科學圖書館·遺傳學》。
據介紹，植物在高溫脅迫下會產生應激防御反應，啟動體內大量熱激轉錄因子（HSF）和熱激蛋白（HSP）基因的轉錄，從而維護細胞和葉綠體的穩定性，但對于啟動這些熱激響應基因表達的信號來源并不清楚。
為回答植物在高溫脅迫下如何維持葉綠體穩定性這一問題，研究員郭房慶指導博士生于海東等開展了植物高溫脅迫響應蛋白的鑒定工作。研究表明，葉綠體核糖體蛋白RPS1參與類囊體膜蛋白的翻譯，并且RPS1的表達水平以劑量依賴的方式調控類囊體膜結構的穩定性。尤為重要的是，RPS1表達水平下調導致擬南芥突變體對高溫脅迫極度敏感，其原因是RPS1突變體在高溫脅迫條件下熱激轉錄因子HsfA2及其下游靶基因的表達受到嚴重抑制。同時，組成型表達HsfA2可將RPS1類囊體膜穩定性和耐熱性恢復至野生型水平。
該課題組就此提出了植物細胞熱激反應逆向調控機制模型：RPS1作為葉綠體蛋白翻譯調控的關鍵因子，其蛋白表達水平受高溫脅迫的誘導；RPS1表達增強可提高類囊體膜蛋白的翻譯效率，對于維持高溫脅迫下葉綠體的功能狀態和產生質體逆向信號是必要的。產生的質體信號通過相關的熱激信號轉導組分傳遞到細胞核，從而啟動HsfA2和其下游靶基因的熱激響應表達。而HsfA2下游靶基因編碼的葉綠體定位的熱激蛋白如HSP21等進入葉綠體，對高溫脅迫下的葉綠體類囊體膜系統進行保護。
專家認為，該研究為細胞核—質體信號互作參與植物逆境脅迫適應機制提供了新證據，為進一步研究植物的耐熱性狀形成機理開啟了新視角。同時，該發現為通過調控質體翻譯效率增強農作物的耐高溫脅迫能力提供了全新的遺傳改良操作路徑。
