多年生黑麦草（Lolium perenne L.），具有分蘖多、品质优良等特点，是一种广泛种植的草坪草和牧草，但同时也是我国进口量最多的冷季型草种之一。作为冷季型草，高温已成为限制其生长发育及推广应用最主要的因素之一。从多年生黑麦草核心种质群体中鉴定耐高温基因及其优异单倍型，并解析其分子调控机制，可为改良多年生黑麦草的耐高温能力提供科学依据。
该研究发现多年生黑麦草热激转录因子LpHsfA2在高温胁迫下被快速诱导且其表达在耐热种质中显著高于热敏感种质。序列分析表明不同种质中的LpHsfA2基因编码序列保守，但启动子区域存在大量变异。候选基因关联分析结果表明，LpHsfA2启动子-439~-422 bp区域的变异与多年生黑麦草种质的耐热性显著相关。依据该区域的变异可将LpHsfA2划分为LpHsfA2Hap1和LpHsfA2Hap2两种单倍型，LpHsfA2Hap1主要存在于耐热种质中，而LpHsfA2Hap2则主要存在热敏感种质中。过表达LpHsfA2可显著提高多年生黑麦草的耐热性，而沉默LpHsfA2提高其热敏感性。酵母单杂交、双荧光素酶以及EMSA实验证明了LpHsfA2可通过直接结合LpHSP18.2和LpAPX1的启动子激活它们的表达，防止细胞内蛋白的非特异性错误折叠并降低细胞内活性氧的积累，从而协同抵御高温胁迫。进一步，通过蛋白-DNA互作技术筛选到LpHsfA2上游的正调控因子LpHsfA4和LpHsfA5，同时，LpHsfA2也可结合自身启动子正调控其表达。因此，LpHsfA2/4/5通过形成分子级联模块正调控LpHSP18.2和LpAPX1的表达，提高多年生黑麦草耐高温能力。
综上所述，该研究提出了LpHsfA2调控多年生黑麦草抵御高温胁迫的分子机制模型（图1），并鉴定出LpHsfA2的耐高温优异等位变异，研究结果为培育耐高温黑麦草新品种提供了分子元件。
相关研究成果以“The LpHsfA2-molecular module confers thermotolerance via fine tuning of its transcription in perennial ryegrass (Lolium perenne L.)”为题发表在JIPB期刊。中国科学院武汉植物园博士研究生马光婧为该论文的第一作者，中国科学院武汉植物园陈良研究员和中国科学院植物研究所景海春研究员为共同通讯作者，湖南农业大学胡龙兴教授和湖北师范大学刘致浩博士也参与了该研究。中国科学院武汉植物园为该论文第一单位。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、黄三角国家农高区省级科技创新发展专项资金、中国科学院战略性先导科技专项和山东省农业良种工程项目的资助。
