全球氣候變暖致使極端高溫天氣愈發(fā)頻繁，水稻作為重要糧食作物，在生長(cháng)周期中常面臨熱脅迫。特別是在花期，水稻孕穗至抽穗揚花期對溫度變化最敏感，短暫的高溫就可能導致不育和結實(shí)率下降。如遇日均溫度高于32℃或日最高溫度高于35℃，水稻抽穗揚花就受到影響, 從而造成嚴重的減產(chǎn)和品質(zhì)下降。挖掘耐熱功能基因、開(kāi)展耐熱分子育種被認為是解決熱害問(wèn)題最經(jīng)濟有效的策略。盡管借助分子標記技術(shù)的進(jìn)步，已定位多個(gè)與水稻耐熱性相關(guān)的數量性狀位點(diǎn)（QTL），然而，針對水稻生殖階段（尤其是花期）耐熱性相關(guān)基因的克隆和功能研究仍然相對匱乏。
近期，廣東省農業(yè)科學(xué)院水稻研究所遺傳資源研究團隊在植物學(xué)經(jīng)典期刊Plant Cell and Environment上發(fā)表了題為“OsRHS negatively regulates rice heat tolerance at the flowering stage by interacting with the HSP protein cHSP70‐4”的研究論文，研究通過(guò)構建OsRHS和cHSP70-4的過(guò)表達、RNAi、CRISPR等載體，轉化了水稻品種ZH11，并通過(guò)溫室種植并在抽穗期進(jìn)行熱脅迫處理，評估了其耐熱性；然后利用GUS染色、亞細胞定位、RNA提取與基因表達分析、花粉活力分析、免疫沉淀-質(zhì)譜、酵母雙雜交、Co-IP、GST Pull-Down、RNA 測序、PME酶活性測定等實(shí)驗技術(shù)，研究了基因功能和蛋白相互作用。
1）熱脅迫誘導OsRHS轉錄，6 小時(shí)達到峰值，且蛋白穩定。該基因定位于細胞質(zhì)，主要在穎殼和花藥中表達，抽穗期表達量更高。
OsRHS 對熱應激的響應、亞細胞定位及時(shí)空表達分析結果
2）過(guò)表達 OsRHS顯著(zhù)降低水稻耐熱性，RNAi沉默或敲除該基因則增強耐熱性，且不影響正常生長(cháng)和產(chǎn)量。此外，OsRHS 負調控熱脅迫下的花粉活力。
OsRHS 在水稻花期對熱應激耐受性的負調控作用
本實(shí)驗使用Ampha Z40花粉活力分析儀（瑞士Amphasys），對比發(fā)現 OsRHS 過(guò)表達植株花粉活力顯著(zhù)低于 ZH11 植株，敲除植株則顯著(zhù)高于 ZH11 植株，且非熱脅迫下無(wú)顯著(zhù)差異。這一結果為 OsRHS 負向調控水稻花粉活力耐熱性提供了直接證據，有助于深入理解 OsRHS 基因功能及其對水稻繁殖階段的影響機制。
3）免疫沉淀-質(zhì)譜篩選出與OsRHS 相互作用的熱激蛋白 cHSP70-4，酵母雙雜交、Co-IP和GST Pull-Down 實(shí)驗證實(shí)二者直接相互作用，且熱脅迫增強其結合。
OsRHS 與 cHSP70-4 相互作用
4）cHSP70-4過(guò)表達影響水稻育性，敲除cHSP70-4則顯著(zhù)增強水稻開(kāi)花期耐熱性，且能恢復OsRHS 表達植株的耐熱性。
cHSP70-4 敲除對水稻花期熱應激耐受性的影響
敲除cHSP70-4后OsRHS過(guò)表達植株耐熱性的恢復
5）RNA 測序分析表明，OsRHS 過(guò)表達植株在熱脅迫下多數差異表達基因下調，主要涉及蛋白激酶、果膠代謝和細胞壁相關(guān)過(guò)程。OsRHS 負調控 PME 基因表達和活性，影響細胞壁結構，進(jìn)而影響水稻耐熱性。
ZH11和OsRHS 轉基因植株在熱應激處理前后6個(gè)PME基因的表達模式和PME活性
本研究揭示了OsRHS通過(guò)與cHSP70-4相互作用負調控水稻花期耐熱性，二者相互作用在熱脅迫下增強。OsRHS 和cHSP70-4均為潛在的水稻花期耐熱育種靶點(diǎn)，為水稻花期耐熱分子機制研究和育種實(shí)踐提供了重要參考。
X Mao, H Yu, J Xue, et al. OsRHS Negatively Regulates Rice Heat Tolerance at the Flowering Stage by Interacting With the HSP Protein cHSP70‐4[J]. Plant, Cell & Environment 2025, 48: 350-364.
Ampha Z40花粉活力分析儀(IFC)通過(guò)整合微流控技術(shù)、電阻抗技術(shù)與流式細胞術(shù)，能夠在微流體精確參考條件下，實(shí)現流動(dòng)態(tài)花粉細胞的高通量、連續、無(wú)損阻抗檢測，獲得細胞活性、數量、濃度、大小等信息，可應用于花粉活性分析、花粉儲存管理、DH育種、CMS不育狀態(tài)檢測、花粉倍性分析、花粉發(fā)育階段鑒定、指導授粉、雜交育種、花粉育性恢復等多個(gè)方面。與傳統染色鏡檢法和萌發(fā)法相比，具有非標記、多參數、低污染和檢測速度快等顯著(zhù)優(yōu)勢，可大大減少時(shí)間消耗并降低成本，能夠為農業(yè)生產(chǎn)及科研決策提供可靠的數據支撐。
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