环境温度升高对植物生长、发育和繁殖有显著影响。揭示植物的温度调节机制，对增加植物热形态建成的基本认识，其在应用科学方面的潜力，以及帮助植物育种者提高植物热适应能力具有重要意义。温度形态建成是植物对温度升高的发育响应，光敏色素B（phyB）和光敏色素相互作用因子PIFs（特别是PIF4）是这种反应的关键成分。目前主要以幼苗和开花时间的调节为研究对象，其他营养组织和生殖结构的热反应尚未得到系统评估，特别是关于phyB和PIFs的参与。

本文以拟南芥为研究对象，设置高温环境（hAT）和对照组（nAT），结合自动化表型平台研究了野生型和几个phyB-PIF4通路突变系在根、茎、花序和种子中的综合温度响应。研究结果表明，phyB-PIF4通常参与包括生殖阶段在内的整个植物发育过程中温度信号的传递。此外，还发现了茎和根组织对高温的相关响应。在高温环境下生长的植物雌蕊的转录组学分析发现了关键因素，可能为了解温度诱导下受精率降低背后的分子机制提供线索，包括生长素代谢的下调，生长素信号、miRNA156、miRNA160通路和花粉管引诱剂相关基因的上调。

综上，本研究通过监测生殖器官中转录水平的变化补充了高温环境下拟南芥在根、茎、花序和种子中的综合响应表型；phyB-PIF4参与温度信号的表达在整个植物发育过程中普遍存在，包括与生殖直接相关的过程。

图1.高温抑制侧根形成，促进侧根伸长。(a) col-0、35S::PIF4、phyB和pifd4的21日龄植株根系在nAT和hAT下形态表型。比例尺代表5厘米。(b) 10~21 d主根的相对生长率(RGR)(单位:mm/d)。(c)侧根密度的量化，表示为每个基因型主根每厘米侧根的数量。(d)成熟时四个最长侧根的长度(厘米)。注：温度的显著影响用*表示。p值范围用*表示0.05 ~ 0.01之间的p值，用**表示<0.01 ~ 0.0001之间的p值，用***表示低于0.0001的p值。N=每个基因型每种环境下的16株，3个重复。

图2.高温引起叶莲座面积减少。播后20 ~ 27d(a)和28 ~ 35d(b)的莲座面积相对生长率。

图3.温度诱导提早开花和减少花序茎长。nAT播后20 ~ 49d(a)和nAT播后41天(b)初生花序茎伸长(cm)进展的时间序列。每种环境下每个基因型n=10株。(c)nAT播后29d ~ 49d，hAT播后27d ~ 41d茎秆相对生长率(cm/天)。(d)nAT播后29d ~ 39d，hAT播后27d。

图4.不同测量参数下营养组织(a)和生殖组织(b)对hAT响应的相关分析

图5.hAT下生长素生物合成基因在胚珠中的表达模式发生改变。在nAT (a, d, h)和hAT (b, c, e, f, g, i)生长的植物成熟胚珠中TAA1 (a-c)、YUC4 (d-g)和TAA1 (h, i)的表达谱。TAA1::GFP-TAA1、YUC4::nls3xGFP和YUC8::GFP-GUS的绿色荧光信号呈洋红色，刻度条代表20 μm。

图6.高温下导致种子更少、更大、更圆。(a) colo -0、35S::PIF4、phyB、PIF4和pifq植株在nAT和hAT条件下的干种子表型。比例尺表示0.5 mm。以mm2为单位的种子大小(b)和种子形状(长度与种子面积之比)(c)评价。对不同基因型各1000粒种子的表面积和形状(种子长度/种子面积)进行了分析。(d)每种基因型/条件下，每个单倍体产生的种子数以至少12个成熟单倍体计算，三次重复。(e)每种基因型的100粒种子的重量分三次测量。