水稻OsCDPK24/28-OsHSFA4d-HSP101/CslF6模块协调非生物与生物胁迫响应的分子机制

全球变暖加剧作物热胁迫(HS)与病害的协同危害，但植物如何权衡抗热性与抗病性仍不清楚。四川农业大学陈学伟团队发现水稻转录因子OsHSFA4d通过激活HSP101增强耐热性，同时上调CslF6抑制免疫反应。研究揭示OsCDPK24/28在HS下磷酸化OsHSFA4d第146位丝氨酸(S146)，增强其DNA结合能力，从而协调胁迫响应。该发现为作物抗逆育种提供了新靶点，发表于《Nature Communications》。

　　

随着全球气候变暖加剧，高温胁迫与病原侵染的协同作用已成为威胁粮食安全的重要问题。植物在长期进化中形成了精妙的胁迫响应机制，但耐热性与抗病性往往呈现此消彼长的"权衡"关系，这种生物学悖论背后的分子机制一直是科学家们试图破解的难题。水稻作为全球半数人口的主粮，其产量受高温和稻瘟病等病原的双重威胁尤为严重。传统研究多聚焦于单一胁迫响应通路，而对交叉调控节点的认识仍存在巨大空白。

四川农业大学水稻研究所的研究人员通过系统分析，发现热休克因子OsHSFA4d在高温和病原侵染下均显著诱导表达。进一步研究揭示，OsHSFA4d如同一个"分子开关"，既能启动热休克蛋白HSP101的表达增强耐热性，又会激活纤维素合成酶CslF6抑制免疫反应。这种双重调控的奥秘在于钙信号感受器OsCDPK24/28在高温下被激活，通过磷酸化OsHSFA4d第146位丝氨酸(S146)，增强其与靶基因启动子的结合能力。该研究首次阐明了钙信号-HSF模块协调植物抗逆响应的分子机制，相关成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员运用多组学联用技术：通过DAP-seq(DNA亲和纯化测序)筛选OsHSFA4d靶基因；采用LC-MS/MS(液相色谱-串联质谱)鉴定磷酸化位点；建立CRISPR/Cas9基因编辑体系创制突变体；利用双荧光素酶报告系统验证转录调控关系；结合体内外激酶实验证实OsCDPK24/28的磷酸化功能。

OsHsfA4d促进耐热性但抑制水稻抗病性

转录组分析发现OsHsfA4d在高温和稻瘟病菌侵染时表达最强。基因编辑实验显示，oshsfa4d突变体耐热性降低但抗病性增强，而过表达株系则表现相反表型。病原侵染后，突变体中PR基因(病程相关蛋白基因)表达上调，而PAMP(病原相关分子模式)触发的ROS(活性氧)爆发增强。

OsHSFA4d通过HSP101和CslF6双途径调控胁迫响应

DAP-seq和EMSA(电泳迁移率变动分析)证实OsHSFA4d直接结合HSP101启动子和CslF6内含子的热休克元件(HSE)。HSP101仅参与耐热性调控，而CslF6特异性负调控免疫反应，二者功能相互独立。

OsCDPK24/28-OsHSFA4d复合体的形成与功能

GST pull-down和BiFC(双分子荧光互补)实验验证OsCDPK24/28与OsHSFA4d互作。激酶活性分析显示OsCDPK24K76E和OsCDPK24D171N突变体丧失自磷酸化能力。phos-MS(磷酸化质谱)鉴定出S146是OsHSFA4d关键磷酸化位点，该位点在禾本科植物中高度保守。

HS诱导的磷酸化级联反应

高温处理12-36小时显著提高OsHSFA4d S146磷酸化水平。磷酸化模拟突变体OsHSFA4d^S146D增强DNA结合能力，而磷酸化缺陷型OsHSFA4d^S146A则削弱靶基因激活。

这项研究揭示了植物协调环境适应与免疫防御的新机制：高温通过激活OsCDPK24/28激酶，促使OsHSFA4d S146磷酸化，进而差异化调控HSP101和CslF6表达，实现"耐热性增强-免疫抑制"的生理权衡。该发现不仅为理解植物胁迫响应提供了新视角，更为分子设计育种提供了重要靶点——通过精准调控OsHsfA4d表达时空特异性或修饰其磷酸化状态，有望打破抗逆性状间的负相关性，培育兼具高温适应性和广谱抗病性的水稻新品种。研究揭示的CDPK-HSF调控模块在植物界高度保守，为其他作物的抗逆改良提供了普适性策略。