关于ZmHsf28在盐胁迫和干旱胁迫下调控网络的基因组范围见解

耐旱转录因子ZmHsf28通过清除活性氧、降低钠离子吸收及调控多 pathways（如激素信号、苯丙烷代谢、谷胱甘肽代谢）同时增强玉米、水稻和拟南芥的耐盐性，且不抑制植物生长。DAP-seq和RNA-seq分析揭示了ZmHsf28直接结合HSE元件调控靶基因表达的网络机制。

　　

刘丽军|郑霞|沙晓宇|田帅兵|罗紫怡|张宇涵|魏国成|李宇欣|傅静业|王强

中国西南地区作物基因资源发掘与利用国家重点实验室，四川农业大学农学院，成都，611130，中国

摘要

ZmHsf28已被证实能正向调控玉米的耐旱性。本文进一步揭示了其在盐胁迫响应中的作用。过表达ZmHsf28显著提高了玉米、水稻和拟南芥的耐盐性，且对植物的生长发育没有负面影响。ZmHsf28促进了活性氧（ROS）的清除，并减少了转基因玉米和水稻中对Na⁺的吸收，从而增强了其对盐胁迫的适应性。通过DAP-seq和RNA-seq的全基因组分析发现，ZmHsf28直接结合到多种基因的热休克元件（HSEs）上，调控了应对干旱和盐胁迫的相关通路。富集分析显示，ZmHsf28调控了多个通路，如植物激素信号传导、苯丙素代谢和谷胱甘肽代谢。脱落酸和茉莉酸生物合成、ROS清除以及水通道蛋白相关基因也直接受到ZmHsf28的调控，从而提高了植物的耐旱性和耐盐性。这些结果为ZmHsf28在抗非生物胁迫的作物分子育种中的应用提供了全基因组的见解。

引言

农作物受到多种非生物胁迫的威胁，其中盐分和干旱是全球范围内导致作物产量下降的主要因素（Zhu, 2016; Guo et al., 2017; Liu et al., 2020）。盐胁迫是由于土壤中钠和氯离子浓度过高引起的，这会导致植物的渗透压胁迫和离子毒性（Liu et al., 2025）。干旱主要引起渗透压胁迫（Gupta et al., 2020）。随着全球气候变化，农作物通常同时面临土壤盐碱化和干旱胁迫的双重挑战（Zhang & Sonnewald, 2017）。

植物通过复杂的机制来应对盐分和干旱胁迫，包括减少叶片数量和面积、气孔关闭、渗透调节物质积累、离子外排和区室化以及ROS清除（Golldack et al., 2014; Jiang et al., 2025a）。所有这些响应都受胁迫基因表达的调控，而胁迫基因表达又受转录因子的调控（Golldack et al., 2014; Yang and Guo, 2018; Fang et al., 2024）。许多转录因子家族在干旱和盐胁迫响应中发挥着重要作用，例如NAC、WRKY、bZIP、MYB和AP2/ERF（Rong et al., 2014; Zhu et al., 2018; Meng et al., 2020, 2022; Zhang et al., 2025a）。

热休克因子（Hsf）是真核生物中分布广泛的转录因子家族，主要负责热响应。在植物中，Hsf蛋白不仅参与高温响应，还参与其他非生物胁迫（如盐分和干旱）的响应（Andrási et al., 2021; Wu et al., 2022; Shao et al., 2022）。在小麦中，TaHsfA6f增强了脱落酸（ABA）的积累，提高了对热、干旱和盐胁迫的耐受性（Bi et al., 2020）。AtHsfA6b受到ABA信号组分AtAREB1的调控，从而增强了AtDREB2A基因的表达，提高了对盐和干旱的耐受性（Huang et al., 2016）。在玉米基因组中已鉴定出31个Hsf基因（Zhang et al., 2020a），其中一些基因被证实能提高非生物胁迫耐受性。例如，ZmHsf01提高了拟南芥的耐热性（Zhang et al., 2020b），但ZmHsf11则降低了耐热性（Qin et al., 2022）。ZmHsf04增强了转基因拟南芥的耐热性和耐盐性（Jiang et al., 2018）。ZmHsf05过表达提高了水稻的耐旱性和拟南芥的耐热性（Li et al., 2019, Si et al., 2021）。ZmHsf06也提高了拟南芥的耐热性和耐旱性（Li et al., 2015）。相反，ZmHsf08降低了玉米的耐盐性和耐旱性（Wang et al., 2021）。

我们之前已经发现ZmHsf28在调控玉米耐旱性中的积极作用（Liu et al., 2023, Liu et al., 2024）。本文进一步证实，ZmHsf28正向调控了玉米、水稻和拟南芥的耐盐性，且对植物的生长发育没有负面影响。ZmHsf28过表达降低了ROS的产生和MDA的积累，提高了抗氧化酶的活性。同时减少了Na⁺的吸收，维持了Na⁺/K⁺平衡，减轻了盐害。我们通过结合DAP-seq和RNA-seq研究了ZmHsf28在盐和干旱胁迫下的调控网络，鉴定出多个相关通路和大量靶基因，揭示了ZmHsf28调控盐和干旱响应的机制，为提高作物抗非生物胁迫能力的分子育种提供了目标。

植物材料

我们之前的研究中已经报道了所有ZmHsf28转基因植物（Liu et al., 2023, Liu et al., 2025）。玉米和水稻植物在16小时光照/8小时黑暗的条件下于28°C下生长。拟南芥植物在相同的光照条件下于22°C下生长。

盐处理

一周大的玉米幼苗包括野生型KN5585、ZmHsf28过表达系（ZmHsf28OE-1, ZmHsf28OE-2）和ZmHsf28敲除系（zmhsf28ko-1, zmhsf28ko-2）接受了1 mM NaCl的处理

ZmHsf28提高了玉米、水稻和拟南芥的耐盐性

此前，我们通过过表达ZmHsf28在玉米中研究了其提高耐旱性的功能（Liu et al., 2023, Liu et al., 2025）。我们注意到，在玉米幼苗中，盐处理也诱导了ZmHsf28的表达（图S1），表明其在盐胁迫响应中可能发挥作用。我们使用过表达或敲除ZmHsf28的转基因玉米植物来测试其对盐胁迫的响应。过表达ZmHsf28的玉米植物表现出更好的生长

讨论

玉米和水稻是主要的农作物，它们的生产受到干旱、盐分和高温等多种非生物胁迫的威胁。鉴定抗性基因对于提高作物的耐胁迫能力至关重要。我们已经报道了ZmHsf28在玉米、水稻和拟南芥中提高耐旱性的功能（Liu et al., 2023, Liu et al., 2025）。本文进一步证实，ZmHsf28通过过表达在这些植物中提高了耐盐性，表明其具有广泛而稳定的功能

CRediT作者贡献声明

罗紫怡：验证、研究。田帅兵：研究、数据管理。魏国成：验证、研究。张宇涵：研究、数据管理。傅静业：监督、资金获取、数据分析、概念构思。李宇欣：数据可视化、研究。王强：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、监督、资金获取、概念构思。刘丽军：初稿撰写、数据可视化、研究、数据分析。沙晓宇

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中国西南地区作物基因资源发掘与利用国家重点实验室的资助（资助编号SKL-ZY202220给Q.W.，SKL-ZY202206给J.F.）。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。