本文由姚紫薇、孙婧靓、刘建祥和芦海平共同完成，分别来自浙江大学生命科学学院和大连民族大学环境与资源学院。该研究于2023年发表在《浙江大学学报（农业与生命科学版）》第49卷第1期上，题为《拟南芥热激转录因子hsfb2b负调控植物热形态建成》。该研究旨在探讨热激转录因子（heat shock transcription factor, HSF）在温和高温条件下是否参与植物热形态建成（thermomorphogenesis）的调控机制。

研究背景

热形态建成是指植物在较高环境温度下表现出的形态变化，如下胚轴伸长、叶片向上生长等。光和环境温度是影响植物生长发育的重要环境信号。光敏色素b（phytochrome b, PHYB）不仅作为光受体，还能感应环境温度的变化。光敏色素互作因子（phytochrome-interacting factors, PIFs）是一类与光敏色素蛋白相互作用的转录因子，参与植物光调控和热形态建成。此外，植物激素如生长素、赤霉素、油菜素甾醇和茉莉酸（jasmonic acid, JA）在热形态建成中也发挥重要作用。

热激转录因子（HSF）在植物应对极端高温胁迫中起关键作用，但其在温和高温条件下的功能尚不明确。HSF家族分为HSFA、HSFB和HSFC三个亚家族，其中HSFA类在高温胁迫中主要起正向调节作用，而HSFB类则多为负调控因子。本研究聚焦于HSFB亚家族中的HSFB2B，探讨其在温和高温下对植物热形态建成的调控机制。

研究方法

研究通过CRISPR/Cas9基因编辑技术创制了拟南芥HSFB2A和HSFB2B的单、双突变体，并结合生理生化实验、亚细胞定位实验、实时荧光定量PCR（qRT-PCR）以及效应因子-报告基因系统（effector-reporter assay）等方法，系统研究了HSFB2B在温和高温下的功能。

1. 植物培养与表型鉴定：拟南芥野生型和突变体在1/2 MS培养基上生长，分别在22℃和29℃条件下培养，观察并统计下胚轴长度。
2. 突变体创制：通过CRISPR/Cas9技术设计靶向HSFB2A和HSFB2B的sgRNA，获得单、双突变体。
3. 基因表达分析：通过qRT-PCR检测温和高温下野生型和突变体中热激蛋白基因（HSPs）、HSFA2、茉莉酸降解基因ST2A等的表达水平。
4. 亚细胞定位：构建HSFB2A-YFP和HSFB2B-YFP融合蛋白，通过烟草瞬时表达和激光共聚焦显微镜观察其亚细胞定位。
5. 效应因子-报告基因系统实验：构建含有HSFB2B编码序列的效应因子载体和含有ST2A启动子HSE元件的报告基因载体，通过烟草瞬时表达检测荧光素酶活性，验证HSFB2B对ST2A启动子活性的调控。

研究结果

1. HSFB2B在温和高温下的表达模式：HSFB2B在29℃条件下表达显著上调，表明其可能参与植物热形态建成。
2. HSFB2B负调控热形态建成：在29℃条件下，HSFB2B突变体表现出比野生型更长的下胚轴，表明HSFB2B在热形态建成中起负调控作用。
3. HSFB2B的亚细胞定位：HSFB2B定位于细胞核，表明其在细胞核中发挥转录因子功能。
4. HSFB2B抑制下游基因表达：在HSFB2B突变体中，HSPs、HSFA2和ST2A等基因的表达水平显著高于野生型，表明HSFB2B负调控这些基因的表达。
5. HSFB2B抑制ST2A启动子活性：效应因子-报告基因系统实验证实，HSFB2B通过结合ST2A启动子上的HSE元件，抑制ST2A的表达。

讨论与结论

研究表明，HSFB2B在温和高温下通过负调控茉莉酸降解基因ST2A的表达，抑制植物下胚轴伸长，从而负调控植物热形态建成。这一发现揭示了HSFB2B在植物热形态建成中的新功能，丰富了我们对植物应答环境温度升高的分子机制的理解。

研究亮点

1. 新颖的调控机制：首次发现HSFB2B通过识别HSE元件负调控ST2A表达，进而调控植物热形态建成。
2. 多层次的实验验证：通过基因编辑、生理生化实验、亚细胞定位和效应因子-报告基因系统等多种方法，全面验证了HSFB2B的功能。
3. 重要的应用价值：该研究为理解植物如何应对全球气候变暖提供了新的分子机制，对农业生产中作物耐热性改良具有潜在的应用价值。

总结

本研究揭示了HSFB2B在温和高温下通过负调控ST2A表达，抑制植物下胚轴伸长的分子机制，为植物热形态建成的调控网络提供了新的见解。该研究不仅具有重要的科学价值，还为作物耐热性改良提供了潜在的理论依据。