ABF5b-HsfA2h/HsfC2a-NCED2b/POD4/HSP26模块整合多信号通路增强小麦耐热性的分子机制

这篇研究揭示了小麦耐热性调控的新机制，发现TaHsfA2h-TaHsfC2a分子模块通过整合ABA（脱落酸）和ROS（活性氧）信号通路，协同调控TaNCED2b（ABA合成关键酶）、TaPOD4（过氧化物酶）和TaHSP26（热激蛋白）等靶基因表达，显著提升小麦在幼苗期和灌浆期的耐热性。研究通过转基因、CRISPR/Cas9基因编辑和多组学分析，为作物抗逆育种提供了新靶点。

　　

研究背景

全球变暖导致的高温胁迫已成为限制小麦产量的主要因素。热激转录因子(Hsfs)作为植物响应热胁迫的核心调控因子，其分子机制尚不明确。本研究通过转录组分析发现小麦TaHsfA2h基因对热胁迫呈显著正调控响应，并系统解析了其与TaHsfC2a互作调控ABA和ROS通路的分子网络。

TaHsfA2h的鉴定与功能验证

热胁迫处理小麦12小时后，GO富集显示A类Hsfs与热应激通路基因相关性最高。TaHsfA2h(TraesCS2B02G105100)表达在1小时达峰，且受ABA诱导。启动子-GUS实验证实其响应热和ABA信号，亚细胞定位显示TaHsfA2h为核蛋白。酵母自激活实验表明其具有强转录激活活性。

转基因拟南芥过表达TaHsfA2h显著增强基础耐热性(BT)和获得性耐热性(AT)，而AtHsfA2突变体的热敏感表型可被TaHsfA2h互补。小麦中过表达TaHsfA2h使存活率提高30%，相对含水量(RWC)增加15%，而RNA干扰株系表现相反趋势。田间灌浆期试验显示，过表达株系千粒重增加12%，籽粒填充速率更稳定。

分子机制解析

RNA-seq发现TaHsfA2h调控ABA合成关键基因TaNCED2b、抗氧化酶TaPOD4和分子伴侣TaHSP26。EMSA和ChIP-qPCR证实TaHsfA2h直接结合这些基因启动子的热激元件(HSE, 5′-nGAAnnTTCn-3′)。双荧光素酶报告系统显示TaHsfA2h使TaPOD4启动子活性提升8倍。

生理指标检测显示，过表达株系ABA含量提高2.1倍，超氧阴离子(O₂^-)降低40%。甲基紫精(MV)处理证实TaHsfA2h通过增强抗氧化能力减轻氧化损伤。酵母单杂交和双荧光素酶实验揭示ABA信号核心因子TaABF5b通过结合TaHsfA2h启动子的ABRE元件(5′-ACGTGGC-3′)调控其表达。

TaHsfC2a的协同调控

Y2H、BiFC和GST-pulldown证实TaHsfA2h与TaHsfC2a在体内外互作。CRISPR敲除TaHsfC2a使小麦耐热性降低45%，而过表达株系千粒重增加18%。双荧光素酶实验显示TaHsfC2a使TaHsfA2h对下游基因的转录激活效率提升3-5倍，表明二者形成正反馈调控环。

应用价值

该研究首次揭示ABF5b-HsfA2h/HsfC2a-NCED2b/POD4/HSP26模块通过"ABA信号放大-ROS清除-蛋白稳态维持"三重机制增强耐热性。田间数据表明过表达株系在35°C/30°C(昼/夜)高温下产量损失减少25%，为培育抗逆小麦提供了分子设计靶点。