水稻耐熱相關(guān)功能基因的克隆及其分子機(jī)理研究進(jìn)展

丁杰榮，孫炳蕊，王慶林，范芝蘭，潘大建，陳文豐，李 晨，劉 清

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所/廣東省水稻育種新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省水稻工程實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；2.廣州國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新中心，廣東 廣州 510520）

水稻起源于低緯度的熱帶地區(qū)，形成了適應(yīng)高溫和短日照生態(tài)環(huán)境的生長(zhǎng)習(xí)性。但水稻生長(zhǎng)發(fā)育受溫度影響較大，以孕穗至抽穗揚(yáng)花期對(duì)溫度最敏感，此階段水稻的最適溫度為25～30℃，如遇日均溫度高于32℃或日最高溫度高于35℃，水稻會(huì)出現(xiàn)花器官發(fā)育不全、花粉發(fā)育不良且活力下降，同時(shí)開(kāi)花散粉和花粉管伸長(zhǎng)也會(huì)受阻，導(dǎo)致大量空秕粒形成，從而造成嚴(yán)重的產(chǎn)量損失和品質(zhì)下降［1-6］。

隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加速，全球溫室效應(yīng)日益加劇。自1880—2012 年，全球氣溫上升了0.85 ℃，預(yù)計(jì)到21 世紀(jì)末將增加1.5～4.5 ℃，極端高溫出現(xiàn)頻率將大幅提高［7］。Peng 等［8］20 多年跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，全球氣溫每升高1 ℃，水稻產(chǎn)量將下降10%。異常高溫已對(duì)我國(guó)的水稻生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響。2010 年和2013 年，我國(guó) 長(zhǎng)江中下游地區(qū)發(fā)生了大范圍的持續(xù)高溫，2013 年江蘇省許多地區(qū)甚至出現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)45 d 的持續(xù)高溫天氣，導(dǎo)致該地區(qū)水稻嚴(yán)重減產(chǎn)［9-10］。高溫?zé)岷μ鞖庠絹?lái)越頻繁，已成為水稻生產(chǎn)的主要災(zāi)害性氣候之一［6,11-12］，解決水稻熱害問(wèn)題刻不容緩。

目前，培育耐熱水稻品種被認(rèn)為是解決熱害問(wèn)題最經(jīng)濟(jì)、最有效的途徑。然而，利用常規(guī)方法開(kāi)展水稻耐熱性育種非常困難，一是水稻熱害研究的條件（尤其是自然條件下的環(huán)境溫度）難以控制；二是水稻的耐熱性是由多個(gè)基因控制的數(shù)量性狀，遺傳機(jī)理較為復(fù)雜［13］。深入了解水稻耐熱的分子機(jī)理，開(kāi)展高效準(zhǔn)確的分子育種，水稻耐熱問(wèn)題將有望解決。近年來(lái)，隨著測(cè)序技術(shù)的迅猛發(fā)展和功能基因組學(xué)研究的不斷進(jìn)步，水稻耐熱性的相關(guān)研究取得了較大進(jìn)展，定位了一些與水稻耐熱性相關(guān)的QTL，部分相關(guān)功能基因被成功克隆。此外，水稻耐熱分子機(jī)理的研究也取得了一定進(jìn)展。本文就水稻耐熱性相關(guān)QTL的鑒定、功能基因的克隆及分子機(jī)理研究等方面進(jìn)行綜述，以期為水稻耐熱分子育種的開(kāi)展提供理論參考。

1 水稻耐熱相關(guān)QTL 的鑒定

近年來(lái)，隨著分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)水稻熱害的高度重視，水稻耐熱性分子機(jī)理的研究已取得了一定進(jìn)展。國(guó)內(nèi)外迄今已定位80 個(gè)以上水稻耐熱QTL，這些QTL 分布于12 條染色體上［13-27］。

1.1 耐熱QTL 的定位

水稻在孕穗和抽穗灌漿期對(duì)高溫比較敏感，目前定位的耐熱QTL 大部分是孕穗、抽穗開(kāi)花和灌漿結(jié)實(shí)期相關(guān)的QTL，只有少數(shù)是苗期相關(guān)的QTL。耐熱和熱敏感親本雜交后代的重組自交系是定位耐熱QTL 的重要材料。陳慶全等［14］利用T219 和T226 構(gòu)建的重組自交系，兩年間共定位了6 個(gè)抽穗開(kāi)花期耐熱性主效應(yīng)QTL，分別位于第2、3、8、9、12 號(hào)染色體上，qHt2、qHt3、qHt8和qHt12來(lái) 自T226，qHt9a和qHt9b來(lái) 自T219，其中qHt3在兩年實(shí)驗(yàn)中都被定位到，有潛在的分子育種應(yīng)用價(jià)值［14］。Jagadish 等［15］利用Bala 和Azucena 構(gòu)建的重組自交系定位了分布在第1、2、3、8、10、11 號(hào)染色體上的8 個(gè)耐熱QTL，其中1 個(gè)QTL 對(duì)表型貢獻(xiàn)率高達(dá)18%。Tazib 等［16］利用 Nipponbare 和Kasalath 構(gòu)建的回交重組自交系，以花藥長(zhǎng)度等作為性狀指標(biāo)，共定位了12 個(gè)耐熱QTL。盤(pán)毅等［17］利用996 和4628 構(gòu)建的重組自交系，定位了2 個(gè)花粉育性相關(guān)的耐熱 QTL，其中qPF4可使水稻在高溫下花粉可育率提高7.15%，qPF6同樣能提高水稻在高溫下的花粉可育率。Ps 等［18］利用N22 和IR64 構(gòu)建的重組自交系也定位了5 個(gè)耐熱QTL，分別位于第3、5、9、12 染色體上，其中一個(gè)主效QTL與前期定位的QTL 重疊（qSTIY5.1/qSSIY5.2），另一個(gè)主效QTL（qSTIPSS9.1）為新定位的耐熱QTL。

除重組自交系外，研究人員構(gòu)建的近等基因系、染色體片段代換系和滲入系也是定位水稻耐熱QTL 的重要材料。曹志斌等［19］利用元江普通野生稻荷花塘3 號(hào)為供體、秈稻恢復(fù)系蜀恢527為輪回親本構(gòu)建的種間近等基因系成功定位到qHTH5，其在F2和F3代的表型貢獻(xiàn)率分別為8.6%和19.4%。Li 等［20］利用Liaoyan241 和IAPAR-9構(gòu)建的近等基因系，以水稻結(jié)實(shí)率為性狀指標(biāo)，定位了11 個(gè)耐熱QTL，其中qNS1、qNS4、qNS6和qRRS4等4 個(gè)主效QTL 能穩(wěn)定地在不同年份或環(huán)境中被定位到。張昌全等［21］利用以日本晴和9311 構(gòu)建的染色體片段代換系定位了3 個(gè)耐熱性QTL?？惷返龋?2］利用遺傳背景為特青的云南元江野生稻滲入系材料，在第1、3、8、10 號(hào)染色體上各定位了1 個(gè)抽穗開(kāi)花期耐熱相關(guān)QTL。

上述是孕穗、抽穗開(kāi)花和灌漿結(jié)實(shí)期的水稻耐熱QTL，而有關(guān)苗期耐熱QTL 報(bào)道較少。Kilasi 等［23］利用N22 和IR64 構(gòu)建的近等基因系對(duì)水稻幼苗進(jìn)行熱害處理，以根長(zhǎng)和株高為性狀指標(biāo)，共定位到10 個(gè)耐熱QTL，其中rlht5.1、slht6.1/slpc6.1、slpc2.1、slpc10.2和slpc10.3的 表型貢獻(xiàn)率都超過(guò)10%。而Lei 等［24］利用與奎麗梅相同的材料［22］，也定位到5 個(gè)苗期耐熱性相關(guān)QTL，其中位于3 號(hào)染色體的耐熱性QTL 與奎麗梅等［22］定位的qHT3位置相近，說(shuō)明苗期耐熱性與抽穗開(kāi)花期耐熱性具有一定的相關(guān)性。

1.2 耐熱QTL 間的互作

水稻耐熱性是由多基因控制的數(shù)量性狀，單個(gè)耐熱QTL 起作用的同時(shí)，不同耐熱QTL間的互作也對(duì)水稻耐熱性起重要作用。趙志剛等［25］定位的7 個(gè)耐熱QTL 分布在4 條染色體上，它們的表型貢獻(xiàn)率為6.4%～19.7%，加性效應(yīng)為-21.3%～20.9%。曹立勇等［26］利用IR64 和Azucena 花藥培養(yǎng)的DH 群體定位到6 個(gè)開(kāi)花結(jié)實(shí)相關(guān)的具有加性效應(yīng)的耐熱QTL，這6 個(gè)QTL能提高結(jié)實(shí)率4.33%～10.37%；此外，在第 1、2、3、4、5、7、8、11 等8 條染色體間還檢測(cè)到 8 對(duì)加性×加性上位性效應(yīng)，其貢獻(xiàn)率為2.27%～8.13%。陳慶全等［14］在定位水稻耐熱QTL時(shí)也檢測(cè)到7 對(duì)上位性QTL，位于第1、2、4、11、12 染色體上的4 對(duì)QTL 間，以及位于第2、3、4、7、8、9 染色體上的3 對(duì)QTL 間分別存在互作效應(yīng)。朱昌蘭等［27］定位到3 個(gè)灌漿期耐熱性主效QTL，并檢測(cè)到8 對(duì)上位性互作QTL 位點(diǎn)，它們對(duì)粒重變化的貢獻(xiàn)率為2.45%～5.29%。不同耐熱QTL 表型貢獻(xiàn)率差異較大，主效QTL 的定位及對(duì)應(yīng)基因的克隆對(duì)水稻耐熱品種的選育意義重大。但不同QTL 之間錯(cuò)綜復(fù)雜的互作使水稻耐熱QTL 的定位困難重重，水稻耐熱基因的克隆難度很大。

2 水稻耐熱相關(guān)功能基因的克隆

水稻耐熱性是由多基因控制的復(fù)雜性狀，且難以準(zhǔn)確進(jìn)行表型鑒定，因此水稻耐熱功能基因的克隆鑒定顯得尤為困難。目前，僅有不到30 個(gè)水稻耐熱相關(guān)基因被克隆鑒定，其中多數(shù)基因是通過(guò)反向遺傳學(xué)方式克隆鑒定得到，僅有少數(shù)幾個(gè)基因由正向遺傳學(xué)手段克隆鑒定得到。克隆鑒定所得的水稻耐熱相關(guān)基因多數(shù)編碼蛋白質(zhì)，其中11 個(gè)基因編碼蛋白酶類，10 個(gè)基因編碼熱激蛋白等其他蛋白質(zhì)，3 個(gè)基因是轉(zhuǎn)錄因子（表1）。

2.1 通過(guò)正向遺傳學(xué)方式克隆功能基因

通過(guò)正向遺傳學(xué)手段克隆的水稻耐熱基因?qū)λ灸蜔嵝跃鹫蛘{(diào)控作用。Li 等［28］以生長(zhǎng)于熱帶的非洲稻為材料，通過(guò)與亞洲栽培稻雜交構(gòu)建遺傳群體，并進(jìn)一步進(jìn)行遺傳分析和定位克隆，成功分離克隆了控制非洲稻的一個(gè)耐高溫主效QTL 的功能基因OgTT1（Oryza glaberrimaThermo-tolerance 1）。OgTT1編碼一個(gè)26S 蛋白酶體的α2 亞基，在泛素化介導(dǎo)的蛋白降解通路中發(fā)揮重要作用。過(guò)表達(dá)OgTT1能夠顯著增強(qiáng)水稻在苗期、開(kāi)花期和灌漿期的耐熱性［28］。Wei 等［30］以耐熱水稻品系HT54（源自廣陸矮4號(hào)）與熱敏感品系HT13（源自秈稻05-占）構(gòu)建遺傳群體，定位了調(diào)控水稻苗期耐熱的主效位點(diǎn)OsHTAS（Oryza sativaHeat Tolerance at Seeding Stage）。進(jìn)一步研究表明，OsHTAS編碼一個(gè)泛素連接酶，過(guò)表達(dá)OsHTAS能顯著增強(qiáng)水稻的苗期耐熱性［23］。Wang 等［31］從秈稻品種中秈3037 自然突變體中克隆到耐熱功能基因TOGR1（Thermotolerant Growth Required 1），該基因編碼一個(gè)DEAD-Box RNA 解旋酶，其表達(dá)同時(shí)受到溫度和晝夜節(jié)律的調(diào)控，且與日常溫度的波動(dòng)緊密相關(guān)，溫度升高會(huì)直接增強(qiáng)其解旋酶活性，TOGR1轉(zhuǎn)錄水平的變化還與株高呈正相關(guān)，過(guò)表達(dá)TOGR1會(huì)使水稻在高溫條件下生長(zhǎng)更好。此外，Shen 等［32］從擬南芥中分離得到了1 個(gè)富含亮氨酸重復(fù)序列的類受體激酶基因ER（Receptor-like Kinase ERECTA），在水稻中過(guò)表達(dá)ER基因能顯著增強(qiáng)水稻的耐熱性。“高ER水稻”與野生型植株相比，在高溫條件下的結(jié)實(shí)率顯著增加；反之，在水稻中功能性突變ER的同源基因會(huì)顯著降低植株的耐熱性［32］。

2.2 通過(guò)反向遺傳學(xué)方式克隆功能基因

目前通過(guò)反向遺傳學(xué)手段克隆鑒定的水稻耐熱基因有20 多個(gè)，其中多數(shù)基因起正向調(diào)控作用，僅有幾個(gè)基因起負(fù)向調(diào)控作用（表1）。

2.2.1發(fā)揮正向調(diào)控作用的功能基因 熱激蛋白（Heat Shock Protein，HSP）是植物熱信號(hào)傳導(dǎo)通路中的重要組成部分。在酵母細(xì)胞中過(guò)表達(dá)水稻OsHSP90基因能顯著增強(qiáng)細(xì)胞在42、50、70 ℃下的耐熱能力［33］。此外，Lin 等［34］研究發(fā)現(xiàn)，HSP101 通過(guò)與熱相關(guān)蛋白HSA32（Heat Stressassociated 32-kd Protein）的互作，在水稻苗期的基礎(chǔ)耐熱性和后天長(zhǎng)期的耐熱性馴化中發(fā)揮了重要的調(diào)控作用。OsANN1是水稻膜聯(lián)蛋白家族中的一個(gè)成員，其表達(dá)受高溫處理顯著誘導(dǎo)［35］。過(guò)表達(dá)OsANN1能顯著改善水稻在高溫條件下的生長(zhǎng)，而OsANN1的基因敲除株對(duì)高溫?zé)岷Ω用舾校?9］。OsHCI1（Oryza sativaHeat and Cold Induced 1）編碼一個(gè)環(huán)finger E3 連接酶，也受高溫誘導(dǎo)［36］。在正常生長(zhǎng)條件下，該基因定位于高爾基體中，且能夠沿著細(xì)胞骨架快速移動(dòng)，但是在受到高溫處理后，OsHCI1可能累積在細(xì)胞核中［36］。在擬南芥中過(guò)表達(dá)OsHCI1能顯著增加植株在高溫下的存活率［36］。與OsHCI1基因相似，OsHIRP1（Oryza sativaHeat-induced RING Finger Protein 1）也編碼一個(gè)環(huán)finger E3 連接酶，經(jīng)45 ℃高溫處理后，OsHIRP1主要在細(xì)胞核中富集，在擬南芥中過(guò)表達(dá)OsHIRP1能顯著提高種子的發(fā)芽率［37］。此外，OsMYB55、SNAC3和OsNTL3基因的表達(dá)也受到高溫?zé)岷Φ娘@著誘導(dǎo)。過(guò)表達(dá)OsMYB55顯著改善水稻在高溫條件下的生長(zhǎng)，同時(shí)減小高溫對(duì)產(chǎn)量的影響［38］。過(guò)表達(dá)SNAC3和OsNTL3的水稻植株耐熱性顯著增強(qiáng)，反之，SNAC3的基因沉默植株和OsNTL3的基因編輯植株對(duì)熱害更加敏感［39-40］。

SUMO（Small Ubiquitin-related Modifier）化修飾是一個(gè)類泛素化的過(guò)程，在高等植物的生命活動(dòng)中發(fā)揮重要作用。在匍匐翦股穎（Agrostis stoloniferaL.）中過(guò)表達(dá)編碼SUMO E3 連接酶的OsSIZ1基因會(huì)使植株在高溫條件下的耐熱性顯著增強(qiáng)［41］。轉(zhuǎn)錄后RNA 修飾也廣泛存在于活體生物中，其中一種豐富的mRNA 轉(zhuǎn)錄后修飾方式就是胞嘧啶的5＇端甲基化（m5C）修飾。編碼m5C甲基轉(zhuǎn)移酶的OsNSUN2基因在水稻耐熱性中也發(fā)揮了重要調(diào)控作用，osnsun2突變植株的苗期耐熱性顯著降低［42］。Shiraya 等［43］研究表明，高爾基體/質(zhì)體類型的錳超氧化物歧化酶（Manganese SOD 1，MSD1）在耐熱水稻品種中的表達(dá)量顯著高于耐熱性較低的水稻品種，持續(xù)高表達(dá)MSD1的植株在高溫條件下的籽粒品質(zhì)顯著優(yōu)于野生型植株的籽粒品質(zhì)，反之，msd1敲除的水稻植株對(duì)熱脅迫的反應(yīng)更加敏感。此外，過(guò)表達(dá)編碼水稻異三聚體G 蛋白β 亞基的OsRGB1顯著增強(qiáng)轉(zhuǎn)基因植株的發(fā)芽期和苗期耐熱性［44］。過(guò)表達(dá)編碼小GTP 結(jié)合蛋白的OsRab7也使轉(zhuǎn)基因水稻植株的苗期耐熱性顯著增強(qiáng)［45］。此外，已有研究表明鈣信號(hào)在植物響應(yīng)非生物脅迫過(guò)程中也發(fā)揮重要作用。Cui 等［46］研究發(fā)現(xiàn)，OsCNGC14（Oryza sativaCyclic Nucleotide-gated Ion Channel 14）和OsCNGC16（Oryza sativaCyclic Nucleotide-gated Ion Channel 16）這兩個(gè)環(huán)核苷酸門(mén)控離子通道蛋白正向調(diào)控水稻植株的耐熱性。oscngc14/16雙突變植株的苗期耐熱性顯著降低，且突變這兩個(gè)蛋白的任何一個(gè)都可降低或者消除熱脅迫誘導(dǎo)的胞質(zhì)鈣信號(hào)［46］。

2.2.2發(fā)揮負(fù)向調(diào)控的功能基因OsHSBP1（Oryza sativaHeat Shock Factor Binding Protein 1）、OsHSBP2（Oryza sativaHeat Shock Factor Binding Protein 2）、OsMDHAR4（Oryza sativaMonodehydroascorbate Reductase 4）、OsFBN1（Oryza sativaFibrillin 1）和OsUBP21（Oryza sativaUbiquitin-Specific Protease 21）在水稻耐熱性中起負(fù)向調(diào)控作用。OsHSBP1和OsHSBP2編碼HSF（Heat Shock Factor）結(jié)合蛋白，正常生長(zhǎng)條件下它們廣泛表達(dá)于各個(gè)組織，且在高溫處理后的恢復(fù)期表達(dá)水平急劇上調(diào)［47］。過(guò)表達(dá)OsHSBP1或OsHSBP2的水稻植株對(duì)高溫?zé)岷Ω用舾?，而OsHSBP1或OsHSBP2的基因沉默株系在高溫條件下幼苗的存活率顯著增加［47］。過(guò)表達(dá)編碼一個(gè)單脫水抗壞血酸還原酶的OsMDHAR4會(huì)顯著降低水稻植株在苗期的耐熱性，而osmdhar4突變體植株的苗期耐熱性顯著增強(qiáng)［48］。此外，過(guò)表達(dá)編碼質(zhì)體-脂質(zhì)相關(guān)蛋白的OsFBN1顯著降低水稻植株在苗期以及生殖生長(zhǎng)期的耐熱性［49］，而基因敲除或者降低編碼泛素特異性蛋白酶的OsUBP21的表達(dá)，可明顯增強(qiáng)轉(zhuǎn)基因植株的苗期耐熱性［50］。

3 水稻耐熱分子機(jī)制研究

目前水稻耐熱基因介導(dǎo)的耐熱分子機(jī)制研究主要集中在以下方面：維持植物體內(nèi)蛋白及rRNA的正常水平及穩(wěn)定性、維持細(xì)胞膜的完整性和維持細(xì)胞內(nèi)正常的活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）水平（圖1）［27-28,31-32,35,39,41,43,45］。

圖1 水稻耐熱相關(guān)基因介導(dǎo)的分子機(jī)制Fig.1 Molecular mechanism mediated by heat tolerance related genes in rice

3.1 維持植物體內(nèi)蛋白及rRNA 的正常水平及穩(wěn)定性

植物細(xì)胞在高溫逆境下積累大量的變性蛋白，這些錯(cuò)誤折疊的蛋白會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性［51］。OsHSP90介導(dǎo)的耐熱性與在高溫條件下預(yù)防蛋白變性密切相關(guān)，而且溫度越高，這種預(yù)防蛋白變性能力越強(qiáng)［27］。與熱激蛋白預(yù)防蛋白變性不同，對(duì)OgTT1控制水稻高溫抗性的機(jī)理研究表明，OgTT1在轉(zhuǎn)錄水平上對(duì)高溫的響應(yīng)更有效，而且其編碼的蛋白使細(xì)胞中的蛋白酶體在高溫下對(duì)泛素化底物的降解速率更快，促使水稻細(xì)胞中積累的有毒變性蛋白的種類和數(shù)量均顯著降低，進(jìn)而保護(hù)水稻細(xì)胞。該研究也揭示了植物細(xì)胞響應(yīng)高溫的新機(jī)制，即及時(shí)有效清除變性蛋白，對(duì)維持高溫下胞內(nèi)蛋白平衡至關(guān)重要；尤其在極端高溫時(shí)，清除變性蛋白比復(fù)性變性蛋白的效率更高［28］。除了高溫條件下維持蛋白的平衡外，水稻的耐熱性與rRNA 穩(wěn)定性也密切相關(guān)。TOGR1作用于小亞基（SSU）rRNA 前體的加工，即使在高溫?zé)岷Φ臈l件下也能保證rRNA 前體的正常剪切，因而能保持植物體內(nèi)正常的rRNA 水平［31］。

3.2 維持細(xì)胞膜的完整性

非生物脅迫條件下，細(xì)胞膜的完整性與植物耐熱性密切相關(guān)。對(duì)ER基因介導(dǎo)的耐熱性機(jī)理研究表明，ER基因表達(dá)水平提高后，植物細(xì)胞膜在逆境下更完整，細(xì)胞不易死亡。細(xì)胞增多變大，組織器官與生物量也隨之變大，使植株總體壯實(shí)得以增產(chǎn)［32］。高溫脅迫下，過(guò)表達(dá)OsSIZ1的轉(zhuǎn)基因匍匐翦股穎植株比無(wú)OsSIZ1的對(duì)照植物表現(xiàn)出更完整的細(xì)胞膜、更強(qiáng)的保水性，所受的熱害也更輕微［41］。在番茄中的研究也發(fā)現(xiàn)，SlSIZ1的干擾株系比其野生型株系對(duì)熱更敏感，SlSIZ1的過(guò)表達(dá)株系則更耐熱［52］。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，熱脅迫下SlSIZ1過(guò)表達(dá)株系中的HSP70、HSP90和HsfA2的表達(dá)量顯著增加，而SlSIZ1 可與SlHsfA1 互作并介導(dǎo)SlHsfA1 的SUMO 化［52］。由此可見(jiàn)，SlSIZ1可能是通過(guò)調(diào)控HSP70和HsfA2等下游基因的表達(dá)對(duì)某些蛋白起保護(hù)作用或介導(dǎo)其SUMO 化以保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。

3.3 維持細(xì)胞內(nèi)正常的ROS 水平

ROS 的積累影響耐熱性，而植物細(xì)胞在遭受高溫?zé)岷?，體內(nèi)會(huì)富集過(guò)多的ROS，從而危害細(xì)胞內(nèi)的膜脂、蛋白和核酸等生物分子，造成植物細(xì)胞死亡［53］。已有研究表明，OsANN1、SNAC3、OsRab7和MSD1介導(dǎo)的耐熱性是通過(guò)降低熱害產(chǎn)生的ROS 水平來(lái)實(shí)現(xiàn)的［35,39,43,45］。過(guò)表達(dá)SNAC3基因，顯著降低了植株體內(nèi)的H2O2水平，表現(xiàn)出更好的耐熱性［39］。與SNAC3基因相反，OsHSBP1或OsHSBP2介導(dǎo)的熱敏性是由體內(nèi)過(guò)多的ROS 導(dǎo)致的［47］。OsNSUN2突變導(dǎo)致的耐熱性降低也與植株體內(nèi)積累了過(guò)多的ROS 密切相關(guān)［41］。

4 展望

目前盡管水稻育種學(xué)家已鑒定出眾多水稻耐熱相關(guān)QTL，但是水稻耐熱功能基因的分離克隆還較少，應(yīng)用分子標(biāo)記輔助選擇培育耐熱水稻品種也暫未見(jiàn)成功報(bào)道［28-29］。這主要有以下原因：一是水稻耐熱性為多基因控制的數(shù)量性狀，且一般單個(gè)QTL 的表型貢獻(xiàn)率較低，不同QTL 之間經(jīng)常會(huì)有互作；二是水稻耐熱性的表型鑒定較為困難，難以控制田間實(shí)驗(yàn)處理的環(huán)境和溫度；三是水稻耐熱性相關(guān)基因表達(dá)受環(huán)境影響較大，有些基因只在特定時(shí)期才表達(dá)發(fā)揮功能，因此難以準(zhǔn)確鑒定。

目前已克隆鑒定的水稻耐熱相關(guān)功能基因還較少，所開(kāi)展的研究也主要集中在水稻苗期進(jìn)行，目前對(duì)苗期外的水稻耐熱性相關(guān)功能基因克隆鑒定僅有個(gè)別報(bào)道。但是水稻從孕穗期開(kāi)始，對(duì)熱害的敏感度明顯高于苗期，遇熱害時(shí)產(chǎn)量受損更嚴(yán)重，而且不同生育期可能有不同的耐熱分子機(jī)制。因此，克隆鑒定水稻生殖生長(zhǎng)期耐熱性相關(guān)的功能基因?qū)⑹撬灸蜔嵝匝芯康膫?cè)重點(diǎn)。克隆鑒定目標(biāo)功能基因的同時(shí)，還需要深入研究它們所介導(dǎo)的水稻耐熱性相關(guān)分子機(jī)制，以期為培育耐熱且高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水稻品種奠定理論基礎(chǔ)。