種子成熟是高等植物胚后發育和作物產量形成的關鍵階段，其積累的貯藏物質（如蛋白質、油脂和淀粉）為全球人類提供了超過半數的膳食營養，并成為工業生產中重要的綠色可再生碳資源。其中，油脂（三酰甘油）作為種子中能量密度最高的貯藏物質，通過脂肪酸生物合成途徑產生，不僅為種子的活力、萌發及幼苗生長提供能量，也是動物營養與生物能源的核心來源。然而，隨著全球氣候變暖的加劇，高溫脅迫已成為抑制種子成熟進程和貯藏物質積累的關鍵環境因子，直接威脅到糧食安全和生物能源的供給。盡管植物依賴種子成熟過程來應對環境脅迫以保障繁衍，但植物如何響應高溫脅迫以維持種子成熟和貯藏物質積累的機制仍不清楚，亟待深入解析。脂肪酸生物合成基因的表達主要受轉錄因子WRINKLED1（WRI1）調控，但其在高溫脅迫響應中的功能尚未明確。因此，解析高溫脅迫下種子成熟和脂肪酸合成的調控機制，對于應對氣候變化、保障糧食安全具有極為重要的意義。

2025年4月17日，華南師范大學生命科學學院張盛春課題組在國際知名學術期刊The Plant Cell發表題為SIZ1-mediated SUMOylation stabilizes WRI1 to safeguard seed filling and fatty acid biosynthesis at high temperatures的研究論文，揭示了在高溫脅迫下，E3 SUMO連接酶SIZ1通過SUMO化修飾轉錄因子WRINKLED1（WRI1），穩定其蛋白表達，從而保障種子成熟和脂肪酸合成的新機制。

圖1.The Plant Cell在線發表文章

該研究發現，高溫脅迫嚴重阻礙種子成熟，降低種子質量。通過遺傳和生化分析，研究人員發現SIZ1與WRI1在種子成熟過程中共表達，并且過量表達這兩個基因均可增強高溫脅迫下的種子成熟和脂肪酸合成。研究進一步揭示，SIZ1通過促進WRI1在賴氨酸257（Lys-257）和賴氨酸266（Lys-266）位點的SUMO化修飾，抑制其與CULLIN3型泛素E3連接酶接頭蛋白BTB/POZMATH（BPM）的相互作用，從而阻止WRI1的泛素化和降解。突變這些SUMO化位點會加速WRI1降解，削弱其在高溫脅迫下種子成熟中的功能。此外，高溫脅迫誘導SIZ1上調表達，同時降低WRI1蛋白水平，SIZ1介導的SUMO化作用能夠緩解高溫脅迫引起的WRI1不穩定性。

圖2.高溫脅迫下WRI1的SUMO化修飾調控種子成熟和脂肪酸合成的工作模型

綜上所述，該研究不僅揭示了SIZ1在高溫脅迫下通過SUMO化修飾WRI1來調控種子成熟和脂肪酸合成的分子機制，還為培育耐高溫脅迫的作物品種提供了重要的遺傳資源和理論基礎。通過增強SIZ1的功能或調節其與WRI1的相互作用，有望提高作物在高溫環境下的種子質量和產量，為應對全球氣候變化提供有力的科技支持。

在植物響應溫度信號調控種子成熟的過程中，張盛春課題組還取得了另一項重要成果。2025年4月14日，該課題組在國際知名學術期刊Plant Physiology發表題為PIF4 and PIF5 interact with WRI1 to modulate fatty acid biosynthesis during seed maturation in Arabidopsis的研究論文，首次揭示了溫度感受器下游的核心轉錄因子PIF4和PIF5在種子成熟和脂肪酸合成中的關鍵作用，為作物改良提供了新見解。

圖3.Plant Physiology在線發表文章

研究團隊發現溫度感受器下游的核心轉錄因子PIF4和PIF5能與WRI1直接互作。進一步的研究發現PIF4和PIF5作為轉錄共激活因子，與WRI1結合并增強其對脂肪酸合成相關基因的轉錄激活能力，進而促進脂肪酸的積累。該研究不僅揭示了PIF4和PIF5在植物種子成熟期脂肪酸生物合成中的新功能，還為理解植物種子油積累的調控機制提供了新的視角。通過解析PIF4/5與WRI1的相互作用網絡，為未來解析高溫脅迫下種子成熟的動態調控提供了理論依據，也為培育耐高溫且高產的作物品種提供了極具潛力的靶點。

圖4. PIF4/5調控種子成熟和脂肪酸合成的工作模型

溫度感受器下游的核心轉錄因子PIF4和PIF5與WRI1的互作增強了脂肪酸合成相關基因的轉錄激活能力，而SIZ1介導的SUMO化修飾則穩定了WRI1蛋白，使其在高溫脅迫下仍能發揮調控脂肪酸合成的作用。這些發現不僅豐富了我們對植物種子成熟和脂肪酸合成調控網絡的認識，更為應對氣候變化、保障糧食安全和生物能源供給提供了重要的理論基礎和潛在的應用靶點。通過深入解析這些分子機制，未來有望開發出能夠提高作物耐熱性和種子油含量的新品種，為全球糧食安全和可持續發展做出貢獻。

華南師范大學生命科學學院副研究員黃瑞華、在讀博士生文夢瑞、馮博瑾和廣東省農科院吳平治助理研究員為The Plant Cell論文的共同第一作者，張盛春教授為通訊作者。華南師范大學生命科學學院陽成偉教授、彭長連教授以及李洪清教授為該研究提供了重要幫助和支持。已畢業的碩士生廖慧梅、在讀博士生馮博瑾、文夢瑞和華南師范大學生命科學學院特聘副研究員杜昶為Plant Physiology的共同第一作者。華南師范大學生命科學學院副研究員黃瑞華和張盛春教授為通訊作者。這兩項研究工作得到了國家自然科學基金和廣東省基礎與應用基礎研究基金等項目的資助。

論文鏈接：

The Plant Cell：

https://doi.org/10.1093/plcell/koaf085

Plant Physiology：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf141