近年来，对HSF已进行了许多细致深入的研究。不同物种的HSF蛋白在结构上有相同的结构域，根据寡聚域的区别，HSF可分为A、B和C三类，其中A类热激因子广泛的参与热激，氧化等胁迫应答和和植物发育调节。本文综述了近年来植物A类HSF在研究方法、生理功能和相关调控机制的研究进展，并就其存在的问题和今后可能的研究方向进行展望。
1 热激因子概述
1.l 热激因子的定义及分类
HSF是一种具有转录调节活性的蛋白质，充当高度冗余且灵活的基因网络，能特异的结合到位于防御基因启动子区HSE(heat shock promoter elements)上的共有序列，控制植物对生物和非生物胁迫的应答。包括几个重要的结构域：DNA结合域(DBD)、寡聚域(OD)、核定位信号(NLS)和C末端的激活域(CTAD)。基于OD的区别，将植物转录因子分为A、B和C三类。
l.2 热激因子的作用机制
热激反应(heat shock response，HSR)都在转录水平上被HSF调控。在未激活之前，HSF在细胞质中以单体形式存在；一旦被激活，形成三聚体并转入核内特异的结合到启动子区热激元件上，从而介导热激基因的转录，导致热激蛋白的积累以应对热胁迫。因此HSF-HSE的特异性识别和相互作用是细胞胁迫应答中一个关键的调节机制。
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l.3.1 生物信息学方法
对于某物种中A类HSF的研究，首先从生物信息学入手，根据HSF的保守序列，对目的植物的基因组序列或者表达序列标签(EST)、cDNA序列进行BLAST比对，可从中发现可能的未知基因。
l.3.2 分子生物学方法
目前，HSFs的研究主要处于不同胁迫条件下，转录水平上HSF表达模式的变化研究，通常采用Northern blot和RT-PCR的方法。绿色荧光蛋白(CFP)构建融合基因以确定HSF亚细胞定位，基因敲除、RNAi和过量表达等功能基因分析方法也在HSF的研究中广泛使用。染色质免疫共沉淀和凝胶阻滞技术也被用于HSF调控机制的研究。郭丽红等通过该技术获得了拟南芥中HSFA
植物A类HSF的研究，较多地集中在番茄和拟南芥中。虽然有些HS成员已经进行胁迫应答和发育调控相关的研究，但作为植物体内一个庞大的基因家族，我们对其生物学功能还知之甚少。
在热胁迫的情况下，A类热激因子能诱导各种防御基因参与热胁迫应答。就表达特性而言，HSFs家族成员可分为组成型和诱导型表达两种。在拟南芥中，热激因子HSFAla(AtHSFl)和AtHSFA1b(AtHSF3)都是组成型表达的，其中HSFA l a在热激下表达水平比平时增加两倍，而AtHSFAlb在转基因植物中过量表达时对热激应答去抑制并赋予耐热性。
与HSFAl不同的是，拟南芥热激圈子HSFA2在通常条件下不表达，但当植物受到环境胁迫时HSFA2基因迅速表达以应答环境胁迫，而且这种应答信号能被放大。Ayako Nishizawa-Yokoi等利用荧光素酶报告基因和HSPl8.2-CI启动子构建载体的瞬时表达实验分析显示：TATA近端热激元件的两个模块是对HSFA2的转录活性所必需的。进一步的电泳迁移位移分析证实HSE上蛋白复合物形成的增加在强光胁迫下被明显的抑制，但在敲除HSFA2的植物株系中能恢复。这就验证了AtHSFA2基因是环境胁迫的诱导基因。Akiko Sugio等通过拟南芥HSFA2敲除和过量表达植物的鉴定表明HSFA2是胞质蛋白应答(CPR)的调控成分之一。事实上HS-Fs并非单一的起作用，而是协调起作用的。
HSF作为转录因子，可能影响到大量基因的表达，包括一些其它转录因子家族成员。拟南芥HSFA3是唯一的DREB
2.2 HSF通过调节APX的活性参与氧化胁迫
HSF的表达模式和相互作用的特异性表明在热和氧化胁迫信号途径中可能有一个极其重要的关联，这在理解植物非生物胁迫耐性的潜在机制上起着重要的作用。Lingrui Zhang等发现HSFA2的断裂导致更严重的氧化胁迫和更多的细胞死亡，表明HSFA2保护细胞免受热激诱导的氧化损伤。lrina I. Panchuk等通过比较野生型拟南芥和过量表达HSF3的转基因植物发现：在热激下，转基因植物中抗坏血酸过氧化物酶APX活性在转基因植物被影响，而且和一个新的耐热的亚型APXs相关。在HSF3转基因植物中，APXs活性在正常的温度下能检测到，并在严重的热激(如
除了能在胁迫应答中发挥重要作用外，HSF还能参与植物的发育调节，主要表现在花粉和种子发育阶段。HSFA9被鉴定是在向日葵和拟南芥胚胎发育和种子成熟中一个特异的HSF。最近报道拟南芥HSFA9的表达被种子特异性转录因子AB3控制。此外，烟草种子中过量表达向日葵HaHSFA9可增强HSPs的累积，并提高种子寿命。而且种子特异的转录因子HaHSFA9的异位过量表达对营养器官中严重的脱水赋予抗性。
3 存在问题
3.1 研究模式局限
不同生物中HSF家旗成员数差异很大，如线虫、果蝇中只有1个HSF，酵母中只有1个HSF和3个相关蛋白，人有4个HSF，而拟南芥和番茄中均有20多个HSF。然而，植物HSF这样一个复杂的网络家族，目前的研究大部分是针对单基因的研究模式，即使是针对网络的研究也是基因芯片对拟南芥不同胁迫和发育阶段中，各HSF在mRNA水平的变化。胁迫条件也主要针对氧化、热、光胁迫和化学物质诱导，其他的涉及较少。就物种而言，也主要针对番茄、水稻和拟南芥等模式植物。
就单基因研究而言，其程度也主要局限在表型阶段，比如获得某个HSF的过量表达转基因植物株系，评价植物的耐热性是否增加。Baoge Zhu等研究发现黄豆GmHSfA1在不同组织中也属组成型表达，GmHSFAl过量表达转基因大豆株系，在热激下显示耐热性明显的增强。Yokotani等从水稻中分离出负责高温胁迫耐性的基因，通过在拟南芥耐热株系中插入编码OsHSFA2e的cDNA，微点阵分析证实在非胁迫条件下过量表达OsHSFA2e的转基因拟南芥能大量表达和胁迫相关的基因，包括几类热激蛋白。
3.2 HSF参与热激和氧化、通路是否有交叉性
植物在多变的环境中，有时同时遭受各种非环境胁迫，如热和氧化，是否两者存在交叉性，是氧化引起热激，还是热激引起氧化胁迫？热激能引起线粒体功能的损伤，提高许多活性氧(ROS)清除酶的稳态水平转录和蛋白水平。另外，获得的耐性，例如植物在温和的热预处理之后形成的耐热性，表明部分通过增加阻止氧化损伤的细胞基质来调控。还有研究证实ROS清除机制对保护植物免于温度胁迫和强光和温度共同胁迫起着重要的作用。所以说热激和氧化之间的关系究竟如何仍不清楚，但是调控ROS产量因此可能是基因工程的有希望的途径，以增加植物对温度胁迫和强光和温度共同胁迫的耐性。
3.3 HSF与靶标基因/效应基因间的研究
目前染色质免疫共沉淀技术(Chip)已经成为研究转录因子的常用方法，郭丽红等利用Chip对HSF与靶标基因/效应基因间直接的相互作用的研究，证明该方法可行性好。另外对于植物体内转录因子的激活活性研究，可以采取转录因子瞬时表达系统验证。
但是凝胶阻滞和Chip实验的技术障碍是蛋白质的活性表达，研究其表达特性也并非易事，Kenji Yamada等通过构建几个拟南芥HSF的原核表达载体在细菌中进行热激表达，结果发现只有AtHSFAld能表达出可溶性蛋白。目前大肠杆菌是异源表达常用的宿主，但是因为不同基因的结构唯一 ，mR-NA 翻译的蛋白在大肠杆菌中常形成包涵体，如何表达获得可溶性的蛋白还有待进一步实验研究。
4 展望
HSF是一类转录因子，在真核生物中普遍存在，尤以植物中最多最复杂，热、氧化等各种胁迫条件和不同的发育阶段都能改变HSF的表达模式，各种HSF单独或协调作用在维持植物细胞的稳态及细胞生存中精准的发挥作用。染色质免疫共沉淀技术使得单个HSF受不同的胁迫条件促发并分离特异的目标基因成为了可能，同时也使植物中HSF的研究变得尤为复杂和重要。
目前，植物HSFs从结构到机理研究已有一定的进展，但是进一步弄清植物不同HSFs的具体功能，在胁迫应答和发育调节中作用，热激等胁迫信号的产生、传递及其调控的具体机制，及其与氧化胁迫等其它信号通路之间的协同反应等方面还需要进一步的研究。
温度能严重的影响农作物的产量，而理论上转录因子能调控大量基因的表达，从而产生表型，能克服单基因遗传操作不能得到表型的缺陷。那么能否通过基因操作提高植物对逆境的耐受性，特别是耐热性，是农业上一个重要的研究方向和潜在的基因操作靶点，但是现在尚未见相关应用研究的报道。
作者单位：（昆明理工大学生命科学与技术学院生物工程技术研究中心，昆明 650224)
注明：国家自然科学基金（“拟南芥-碳代谢网络对甲醛脱毒作用的机理研究”，30970263）资助
