《Plant Physiology and Biochemistry》：Time dependent heat stress responses in rice and the role of brassinosteroids in regulating thermotolerance
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本研究针对全球气候变暖下水稻热胁迫响应机制不清的问题，通过时间序列转录组分析，系统解析了水稻短期（0.5-1 h）与长期（12-24 h）热胁迫的动态分子策略，并发现油菜素甾醇（BR）信号通路关键基因（OsBZR1、OsBU1、OsGSR1）通过调控光合保护与损伤修复显著增强耐热性，为抗逆育种提供了新靶点。
随着全球气候变暖加剧，高温胁迫已成为制约水稻生产的主要非生物胁迫因素之一。作为全球半数人口的主粮，水稻在生殖生长和幼苗期对极端温度尤为敏感，持续高温会导致发芽率下降、幼苗死亡率增高及籽粒灌浆受阻，最终造成严重减产。尽管水稻具有一定的耐热性，但当环境温度超过其临界阈值时，叶片光合系统会遭受不可逆损伤，表现为光合色素降解、叶绿体结构破坏以及活性氧（ROS）大量积累。目前，关于水稻应对不同持续时间热胁迫的动态分子机制尚不明确，尤其是油菜素甾醇（Brassinosteroids, BRs）信号通路在调控耐热性中的具体作用仍有待深入解析。
为系统揭示水稻在不同热胁迫时长下的应答策略，中国农业科学院作物科学研究所的研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》上发表了题为“Time dependent heat stress responses in rice and the role of brassinosteroids in regulating thermotolerance”的研究论文。该研究以粳稻品种中花11（Zhonghua11, ZH11）为材料，通过设置45°C下短期（0.5 h、1 h）和长期（12 h、24 h）热胁迫处理，结合表型观察、生理指标测定及时间序列转录组分析，明确了热胁迫持续时间与水稻生理损伤和基因表达重构的关联性，并进一步通过外源BR处理、基因功能验证（过表达与突变体分析）揭示了BR信号通路核心组分OsBZR1、OsBU1和OsGSR1在增强水稻耐热性中的关键作用。
本研究主要采用以下关键技术方法：利用人工气候箱进行可控温度胁迫处理；通过分光光度法测定叶绿素a（Chl a）和叶绿素b（Chl b）含量；利用Illumina平台进行转录组测序，并通过DESeq2进行差异基因分析；采用qRT-PCR验证基因表达；通过CRISPR/Cas9技术构建突变体；利用免疫印迹（Western blot）检测蛋白积累动态。
3.1 热胁迫持续时间显著影响水稻幼苗的表型与生理响应
研究发现，短期热胁迫（≤1 h）虽未引起叶片形态明显变化，但叶绿素含量在0.5 h内即显著下降；而长期胁迫（≥12 h）导致叶片严重萎蔫、卷曲，存活率降至13%。结果表明，热胁迫的生理损伤具有明显的时间依赖性，其中4 h为表型可逆与不可逆的临界点。
3.2 转录组分析与差异表达基因鉴定
PCA分析显示短期（0.5 h、1 h）与长期（12 h、24 h）胁迫的基因表达谱呈现明显分离。短期胁迫主要激活ROS清除、热激蛋白（HSPs）等防御通路；长期胁迫则显著诱导DNA损伤修复、叶绿体重建等相关基因，表明植物随胁迫时间延长从应急保护转向损伤修复。
3.3 短期与长期热胁迫下差异表达基因的功能特征
GO富集分析发现，短期胁迫上调水分/盐胁迫响应基因，而长期胁迫下调光合作用与激素响应通路。KEGG分析进一步证实代谢通路在时间尺度上的动态重编程。
3.4 激素信号参与热胁迫响应及BR相关基因的挖掘
激素通路分析显示，ABA和乙烯信号基因持续激活，而BR、生长素等促生长激素通路被抑制。qRT-PCR验证了OsBZR1、OsBU1、OsGSR1等BR信号基因在热胁迫下显著下调。
3.5 外源BR处理提升水稻耐热性
外源喷施BR活性物质 brassinolide（BL）可显著提高植株存活率和叶绿素稳定性，而BR合成抑制剂propiconazole（PCZ）加剧热损伤，证实BR正调控耐热性。
3.6–3.8 BR信号关键基因的功能验证
过表达OsBZR1、OsBU1或OsGSR1均能增强植株耐热性，突变体则表现为热敏感型。Western blot显示这些蛋白在热胁迫下逐渐积累，推测其通过HSP介导的稳定性维持或翻译后修饰激活下游保护机制。
本研究首次系统揭示了水稻应对时间依赖性热胁迫的动态分子策略，并明确了BR信号通路核心组分OsBZR1、OsBU1和OsGSR1通过协调ROS平衡、光合保护及损伤修复途径增强耐热性的重要作用。该研究不仅深化了对植物热应激响应机制的理解，也为通过分子育种定向改良作物耐热性提供了关键基因资源和理论依据。未来可进一步解析BR与ABA、ROS信号的交叉对话网络，以及这些基因在田间高温条件下的应用潜力。
