全球气候变暖加剧了极端高温胁迫，不仅直接抑制水稻生长发育，还会削弱植株抗病能力，形成 “耐热 - 抗病” 的资源分配权衡，但其分子调控机制长期未被阐明。在本次黄进课题组的文献分享会上，由冉璐妮（2025级生物技术与工程专业硕士研究生）分享的题为“OsCDPK24 and OsCDPK28 phosphorylate heat shock factor OsHSFA4d to orchestrate abiotic and biotic stress responses in rice”的文章，该文章发表于《Nature Communications》（IF=15.7，中科院 1 区 Top），揭示了水稻通过钙信号-转录因子调控模块平衡耐热与抗病的新通路，为作物抗逆育种提供了关键理论依据。

1  研究背景

全球变暖导致的高温胁迫（HS），会诱导水稻耐热响应但抑制抗病性，形成 “耐热 - 抗病” 资源权衡，严重威胁粮食安全。目前，热休克因子（HSFs）与钙依赖蛋白激酶（CDPKs）如何协同调控该权衡的分子机制不明，水稻中是否存在介导该权衡的特定分子模块，仍缺乏系统解析。本研究旨在鉴定关键调控模块，阐明其作用机制，为培育“耐热+抗病”双抗水稻品种提供靶点。

2 研究结果

OsHSFA4d：耐热与抗病的双向调控核心

转录组与 RT-qPCR 验证显示，OsHSFA4d 是水稻 HSFs 家族中对高温及稻瘟病、纹枯病、白叶枯病响应最显著的成员。功能验证：敲除株（oshsfa4d）耐热性显著降低、抗病性增强（病斑小、ROS 爆发强、抗病基因表达高）；过表达株（OsHsfA4dOE）则相反，且生殖期结实率损失减少，证明其正调控耐热、负调控抗病。

靶基因分工：HSP101介导耐热，CslF6抑制抗病

DAP-seq 筛选发现，OsHSFA4d通过结合热激应答元件（HSE）调控靶基因：结合HSP101启动子 HSE，激活其表达；HSP101敲除株耐热性下降，不影响抗病，是耐热核心效应因子。结合CslF6第一内含子 HSE，促进其转录；CslF6敲除株抗病性增强，不影响耐热，是抑制抗病的关键靶基因。

OsCDPK24/28：OsHSFA4d的上游激活激酶

GST pull-down、BiFC与Co-IP验证：OsHSFA4d与OsCDPK24/28分别互作，且OsCDPK24与OsCDPK28可形成复合物。功能实验：oscdpk24/28双敲除株耐热性弱于单敲除、抗病性强于单敲除，证明两者功能冗余且协同作用。

S146磷酸化：OsHSFA4d功能激活的关键

磷酸化质谱与激酶实验显示：OsCDPK24/28依赖Ca2+磷酸化OsHSFA4d的S146位点。突变体验证：S146磷酸化模拟突变体（OsHSFA4dS146D）增强 OsHSFA4d 与靶基因HSE的结合能力，提升耐热、降低抗病；失活突变体（OsHSFA4dS146A）表型则刚好相反。

机制整合：高温激活“信号模块”完成权衡

高温先激活OsCDPK24/28激酶活性，促进OsHSFA4d的S146磷酸化，进而上调HSP101（增强耐热）与CslF6（抑制抗病），完成“HS→OsCDPK24/28→OsHSFA4d（S146 磷酸化）→HSP101/CslF6”的调控，实现耐热-抗病的资源再分配。。

图1 调节植物非生物和生物胁迫反应之间权衡的模型

3对课题组的启示

结合课题组水稻多胁迫分子机制研究方向，该研究在机制逻辑与方法层面为我们提供了重要参考

方法借鉴：解析复杂信号通路时，可借鉴其“遗传互作+多突变体验证+机制闭环”的严谨方法——如通过“敲除株×过表达株”杂交明确基因上下游关系，用单/双敲除株系解析基因功能冗余或上下游关系，再结合体外激酶实验与体内突变体验证，确保机制研究的可靠性。

方向拓展：该研究成功链接了生物与非生物胁迫响应通路。课题组相关项目前期数据表明，我们的目标基因可能同时与高温胁迫及抗病相关，可进一步探索该基因是否在“高温+病害”复合胁迫中发挥功能，借鉴“激酶—转录因子—靶基因”模块的研究思路，系统解析基因在多胁迫抗性中的调控作用，为抗逆育种提供新视角。