中科院上海生命科学研究院植物生理生态所的科研人员日前揭示了高等植物叶绿体是细胞启动胞内热激反应的信号源，首次建立了叶绿体蛋白翻译效率和细胞核热胁迫响应转录因子HsfA2表达启动的遗传关系，证实了植物细胞存在热激反应的叶绿体逆向调控信号途径。相关成果近日在线发表于《公共科学图书馆—遗传学》。
    据介绍，植物在高温胁迫下会产生应激防御反应，启动体内大量热激转录因子（HSF）和热激蛋白（HSP）基因的转录，从而维护细胞和叶绿体的稳定性，但对于启动这些热激响应基因表达的信号来源并不清楚。
    为回答植物在高温胁迫下如何维持叶绿体稳定性这一问题，研究员郭房庆指导博士生于海东等开展了植物高温胁迫响应蛋白的鉴定工作。研究表明，叶绿体核糖体蛋白RPS1参与类囊体膜蛋白的翻译，并且RPS1的表达水平以剂量依赖的方式调控类囊体膜结构的稳定性。尤为重要的是，RPS1表达水平下调导致拟南芥突变体对高温胁迫极度敏感，其原因是RPS1突变体在高温胁迫条件下热激转录因子HsfA2及其下游靶基因的表达受到严重抑制。同时，组成型表达HsfA2可将RPS1类囊体膜稳定性和耐热性恢复至野生型水平。
    该课题组就此提出了植物细胞热激反应逆向调控机制模型：RPS1作为叶绿体蛋白翻译调控的关键因子，其蛋白表达水平受高温胁迫的诱导；RPS1表达增强可提高类囊体膜蛋白的翻译效率，对于维持高温胁迫下叶绿体的功能状态和产生质体逆向信号是必要的。产生的质体信号通过相关的热激信号转导组分传递到细胞核，从而启动HsfA2和其下游靶基因的热激响应表达。而HsfA2下游靶基因编码的叶绿体定位的热激蛋白如HSP21等进入叶绿体，对高温胁迫下的叶绿体类囊体膜系统进行保护。
    专家认为，该研究为细胞核—质体信号互作参与植物逆境胁迫适应机制提供了新证据，为进一步研究植物的耐热性状形成机理开启了新视角。同时，该发现为通过调控质体翻译效率增强农作物的耐高温胁迫能力提供了全新的遗传改良操作路径。