近日，学院彭燕/李州团队在国际著名期刊《The Plant Journal》上发表题为“A Trifolium repensflavodoxin-like quinone reductase 1 (TrFQR1) improves plant adaptability to high temperature associated with oxidative homeostasis and lipids remodeling”的研究论文，揭示了TrFQR1通过调节线粒体电子传递、活性氧稳态和脂质重塑提高冷季型草类植物白三叶（Trifolium repens）耐热性的新机制。

对于大多数适应于冷凉气候的物种而言，高温会加速植株衰老并导致生长迟缓。在各种应激条件下，活性氧（reactive oxygen species，ROS）作为细胞第二信使发挥信号转导的功能，但高温诱导ROS的过度积累会对细胞造成氧化伤害。来源于线粒体中的ROS主要是电子传递链受损以及泛醌氧化还原的副产物，醌类在线粒体中承担电子转运蛋白的功能，并在不同植物物种之间或寄主植物与真菌之间发挥化感信号的作用。NADH脱氢酶、NADPH-细胞色素P450、NAD（P）H：醌还原酶（NQR）和类黄素氧还蛋白醌还原酶（FQR）等多种酶都参与植物体内醌的还原。NADH脱氢酶和NADPH-细胞色素P450催化醌的还原酶会导致半醌（SQ）的积累，SQ极易自氧化从而导致ROS的产生。但不同的是，NAD（P）H-依赖性醌还原酶家族（NQR和FQR）能够催化醌直接转化为氢醌（DHQ），降低SQ的形成，从而减少ROS的形成。然而，FQR调节植物耐热性的机制尚不清楚。

图1调控TrFQR1基因表达水平影响植物耐热性

为了研究FQR调节植物对高温环境的适应性，我们首先从白三叶中鉴定并克隆了一个编码FQR的基因TrFQR1，亚细胞定位发现TrFQR1编码的蛋白位于线粒体。过表达TrFQR1的酵母（Saccharomyces cerevisiae）耐热性显著增强且对苯醌、菲醌和氢醌毒性的耐受性提高。与野生型相比，过表达TrFQR1的转基因拟南芥（Arabidopsis thaliana）和白三叶在高温胁迫下表现出显著较低的氧化损伤、更好的光合能力和生长，而AtFQR1-RNAi拟南芥在热胁迫下氧化损伤加重且生长更迟缓。高温胁迫下过表达TrFQR1的白三叶也维持了较好的线粒体电子传递链以及较为完整的线粒体超微结构。

此外，TrFQR1的过表达还显著提高了热胁迫下白三叶叶片内磷脂酰甘油（PG）、单半乳糖基二酰基甘油（MGDG）、硫酸甘油糖脂（SQDG）和心磷脂（CL）等脂质的积累，这些脂类参与了线粒体或叶绿体膜的形成，与提高膜系统的稳定性有关。过表达TrFQR1的白三叶也表现出较高的脂质饱和水平及较高的磷脂酰胆碱与磷脂酰乙醇胺（PC：PE）比例，这可能有利于植物在长期热胁迫条件下维持膜的稳定性和完整性。TrFQR1可以作为筛选耐热基因型材料或通过分子育种培育耐热作物的关键候选基因。

图2TrFQR1调节线粒体电子传递、活性氧稳态和膜脂重塑提高植物耐热性

学院彭燕教授和李州副教授作为该论文的共同通讯作者，博士研究生程碧真为第一作者，硕士研究生周敏和唐韬为共同第一作者，该成果受到国家现代农业产业技术体系四川省饲草创新团队（sccxtd-2020-16）和四川省科技计划项目（2022YFH0059）的资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16230