植物细胞质雄性不育(CMS)是植物中普遍存在的一种自然现象,该特性为农作物杂种优势利用提供了良好的母本材料,利用其进行杂交育种可以省去人工去雄的高额成本并可避免其自交造成的混杂。辣椒细胞质雄性不育系9704A是湖南省蔬菜研究所培育的一个不育性状稳定,在辣椒杂交育种中有良好应用的辣椒不育品系。本研究前期对辣椒细胞质雄性不育系9704A和其同核保持系9704B转录组Solexa测序后,鉴定出了1个差异性表达热激转录因子(Heat shock transcription factor, Hsf)基因,通过RT-PCR结合RACE方法克隆了该基因cDNA。cDNA全长2018bp,编码区长1083bp,编码一360aa的推导蛋白,氨基酸序列同源分析也证明该蛋白为一热激转录因子。基因序列同源性分析表明该基因属于Hsf基因家族成员,与番茄中Hsf基因同源性最高为90%,其编码蛋白质在氨基酸水平上与拟南芥热激转录因子Hsf6AB的一致性为73%。用实时荧光定量RT-PCR对9704A和9704B两种辣椒的根、茎、叶和花蕾中Hsf基因的表达进行了定量分析,结果表明该基因在两种材料的茎中表达量都很低,在根中的表达水平较高。具有明显差异的是该基因在不育系叶组织中高表达,为其保持系叶中表达量的13倍。不育系花蕾中的表达量也超过保持系3倍以上。根据Hsf调控一系列热激蛋白(Hsp)的表达,推断辣椒9704A Hsf过量表达导致不育的原因是不育系叶中异常的高水平表达,通过调控叶绿体和／或线粒体靶向的热激蛋白,影响叶绿体或线粒体的正常功能而参与CMS的决定。为了进一步研究该基因的功能,将HsfcDNA构建成pWM101-Hsf过表达载体,同时以其部分核心序列构建pWM101-anti-Hsf反义抑制表达载体,分别转化烟草WS38,研究了该基因对花粉育性和烟草抗热性的影响。烟草转化采取叶盘共培养法,经过选择标记潮霉素抗性筛选和分子检测,得到了两种重组分子的多个转基因植株。过表达载体转化的烟草成苗率、生根率都较反义转化烟草低,且在苗期的植株高度、生长势也明显弱于反义转化的烟草和野生烟草。反义基因转化烟草植株生长发育与野生烟草近于一致。说明Hsf过表达对植株生长能造成不利影响,抑制该基因表达则对其生长发育不造成显著影响。在转基因烟草开花期对烟草花粉活性进行了观察和统计分析,过表达转化植株每花药中花粉量明显少于反义转化植株和野生型植株,且基因过表达烟草花粉可育性经碘化钾染色法判断仅为23.44%,较之反义转化烟草花粉的可育性77.03%和对照野生花粉可育性的80.03%显著偏低。进一步证明了Hsf基因过量表达对植物花粉的育性产生不利影响,可显著降低其育性。但对转基因烟草植株萌发期及早苗期进行不同温度的热激处理表明,过表达转化植株的高温耐受性显著高于反义抑制转化苗和野生型对照苗,50℃处理3h后的存活率为80%,而反义抑制转化及野生型烟草全部死亡。说明Hsf基因的过量表达大大提高了转基因烟草萌发苗的耐热性。由此我们得出结论：Hsf基因表达增强有利于辣椒对高温的抗、耐性,但同时影响其可育性,这可能是植物进化出的对高温的一种适应。