Nature | 一个新的植物耐热感受器

温度影响植物的生长发育，不同植物具有不同的最适生长温度。当温度过高时，植物会激发热应激反应 (heat-stress response, HSR)，该过程涉及到多种激素途径，通过HSF1转录因子诱导热休克蛋白 (Heat Shock Protein, HSP) 表达。在自然环境中，干旱和高温经常同时发生，这会造成重大的农业损失。脱落酸是一种重要的植物激素，它可以调节气孔开合影响植物的蒸腾作用，还可以调节相关基因表达，影响细胞渗透压和叶绿素的含量，调节细胞对干旱和高温的耐受性，而植物如何感受温度并诱导耐热性的机制尚未明晰。

近日，来自德国慕尼黑工业大学的研究团队在Nature发表题为The temperature sensor TWA1 is required for thermotolerance in Arabidopsis的研究论文，发现了一种感应温度的转录辅助调节因子TWA1。TWA1在高温下可以发生构象改变并在细胞中积累，调控转录因子和热休克蛋白的转录，对诱导对热胁迫的耐受性。

该研究首先检测了脱落酸超敏和不敏感的拟南芥的热耐受性，发现脱落酸超敏的拟南芥具有热敏感性，进一步分析发现脱落酸超敏是由一个CPL家族蛋白功能缺陷导致。在野生型中将其敲除后也表现出了热敏感性。作者将该基因命名为THERMO-WITH ABA-RESPONSE 1（TWA1）。作者克隆了两个存在于地中海寒冷气候的TWA1基因AlTWA1和SaTWA1，并在twa1突变体原生质体中表达，发现两个基因的耐热性不同，两个基因编码蛋白的主要差异在于尾端的HVR结构域，除去HVR结构域后耐热性接近，证明TWA1的温度感受功能来自于HVR结构域。

接下来，作者通过酵母双杂交和共振能量转移发现并证实了JAM2与TWA1存在相互作用，这个相互作用依赖于脱落酸及其受体。此外作者还发现TWA1可以与TPL/TPRs互作，且TWA1与TPL和JAM2的互作仅发生于高温时，低温状态不发生结合。通过在twa1突变体和jam123三突变体中过表达TWA1基因并对其耐热性验证证明TWA1的耐热性依赖于JAM的表达。通过对不同材料的HSF、HSP表达量测定证实TWA1的耐热性与HSP表达升高，预诱导HSR导致的。

综上所述，该研究发现了一个植物温度感受器TWA1，其在高温下积累，通过氨基酸末端可变区域发挥功能。TWA1的鉴定为作物的热驯化和育种提供了一个有用的分子工具，在未来可以通过育种和生物技术，调整作物对气候的适应程度。

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07424-x