<p>北卡羅來納州達勒姆&mdash;&mdash;當熱浪襲來時，它們不僅會對人們造成傷害&mdash;&mdash;我們賴以生存的植物也會受到影響。 這是因為當溫度過高時，某些植物的防御系統(tǒng)就無法發(fā)揮作用，使它們更容易受到病原體和害蟲的攻擊。</p> <p>&nbsp;</p> <p>現在，科學家們說他們已經在植物細胞中發(fā)現了一種特殊的蛋白質，這可以解釋為什么當汞含量升高時免疫力會下降。 他們還找到了一種方法來扭轉損失并增強植物抵御高溫的能力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該發(fā)現于 6 月 29 日發(fā)表在《自然》雜志上，是在一種名為擬南芥的細長植物中發(fā)現的，這種植物有白色花朵，是植物研究的&ldquo;實驗室老鼠&rdquo;。 杜克大學生物學家和通訊作者 Sheng-Yang He 說，如果同樣的結果也適用于農作物，這對于全球變暖中的糧食安全來說將是一個好消息。</p> <p>&nbsp;</p> <p>幾十年來，科學家們已經知道，高于正常溫度會抑制植物產生一種叫做水楊酸的防御激素的能力，這種激素會激活植物的免疫系統(tǒng)，并在入侵者造成太大損害之前阻止它們。 但這種免疫力崩潰的分子基礎尚不清楚。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在 2010 年代中期，He 和他當時的研究生 Bethany Huot 發(fā)現，即使是短暫的熱浪也會對擬南芥植物的激素防御產生巨大影響，使它們更容易被一種叫做丁香假單胞菌的細菌感染。</p> <p>&nbsp;</p> <p>通常，當這種病原體侵襲時，植物葉子中的水楊酸含量會上升 7 倍，以防止細菌傳播。 但是，當溫度超過 86 度并持續(xù)兩天時&mdash;&mdash;甚至不到三位數&mdash;&mdash;植物就無法再產生足夠的防御激素來阻止感染的發(fā)生。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;植物在溫暖的溫度下會受到更多的感染，因為它們的基礎免疫水平下降了。&rdquo;何說。 &ldquo;所以我們想知道，植物如何感受熱量？ 我們真的可以修復它使植物具有耐熱性嗎？&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>大約在同一時間，一個不同的團隊發(fā)現植物細胞中稱為光敏色素的分子起到內部溫度計的作用，幫助植物在春天感知溫暖的溫度并促進生長和開花。</p> <p>&nbsp;</p> <p>因此，賀和他的同事們想知道：這些相同的熱敏分子會不會是在溫度升高時擊倒免疫系統(tǒng)并使其恢復的關鍵？</p> <p>&nbsp;</p> <p>為找出答案，研究人員將正常植物和光敏色素無論溫度如何都始終活躍的突變植物，用丁香假單胞菌感染它們，并在 73 和 82 度下生長，以觀察它們的效果。 但光敏色素突變體的表現與正常植物完全一樣：當溫度升高以抵御感染時，它們仍然無法產生足夠的水楊酸。</p> <p>&nbsp;</p> <p>共同第一作者 Danve Castroverde 和 Jonghum Kim 花了數年時間對其他基因嫌疑人進行了類似的實驗，這些突變植物也在溫暖的時期生病了。 所以他們嘗試了不同的策略。 使用下一代測序，他們比較了在常溫和高溫下受感染的擬南芥植物中的基因讀數。 事實證明，許多在高溫下被抑制的基因是由同一個分子調節(jié)的，這個分子叫做 CBP60g。</p> <p>&nbsp;</p> <p>CBP60g 基因就像一個控制其他基因的主開關，因此任何下調或&ldquo;關閉&rdquo;CBP60g 的東西都意味著許多其他基因也被關閉&mdash;&mdash;它們不會產生使植物細胞能夠生長的蛋白質 水楊酸。</p> <p>&nbsp;</p> <p>進一步的實驗表明，當溫度過高時，開始讀取 CBP60g 基因中的遺傳指令所需的細胞機器無法正確組裝，這就是植物的免疫系統(tǒng)無法再發(fā)揮作用的原因。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團隊能夠證明，其 CBP60g 基因不斷&ldquo;開啟&rdquo;的突變擬南芥植物即使在熱應激下也能夠保持其防御激素水平升高并阻止細菌進入。</p> <p>&nbsp;</p> <p>接下來，研究人員找到了一種設計耐熱植物的方法，這些植物僅在受到攻擊時才打開 CBP60g 主開關，并且不會阻礙它們的生長&mdash;&mdash;如果這些發(fā)現將有助于保護植物防御而不會對作物產量產生負面影響，那么這一點至關重要。</p> <p>&nbsp;</p> <p>He 說，這些發(fā)現對于因氣候變化而變得不穩(wěn)定的食品供應來說可能是個好消息。</p> <p>&nbsp;</p> <p>全球變暖使熱浪變得更糟，削弱了植物的自然防御能力。 但是，全世界每年有多達 40% 的糧食作物因病蟲害而損失，全球經濟損失約 3000 億美元。</p> <p>&nbsp;</p> <p>與此同時，人口增長正在推高世界對糧食的需求。 到 2050 年，為了養(yǎng)活地球上預計的 100 億人口，預測表明糧食產量需要增加 60%。</p> <p>&nbsp;</p> <p>談到未來的糧食安全，何說真正的考驗將是他們保護擬南芥植物免疫力的策略是否也適用于農作物。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究小組發(fā)現，升高的溫度不僅會削弱擬南芥植物中的水楊酸防御能力&mdash;&mdash;它對番茄、油菜籽和水稻等農作物也有類似的影響。</p> <p>&nbsp;</p> <p>迄今為止，在油菜籽中恢復 CBP60g 基因活性的后續(xù)實驗顯示出同樣有希望的結果。 事實上，在植物中發(fā)現了具有相似 DNA 序列的基因，He 說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在擬南芥中，讓 CPB60g 主開關遠離熱量不僅可以恢復參與制造水楊酸的基因，還可以保護其他防御相關基因免受溫度升高的影響。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們能夠使整個植物的免疫系統(tǒng)在溫暖的溫度下更加強大。&rdquo;何說。 &ldquo;如果農作物也是如此，那將是一件大事，因為這樣我們就有了非常強大的武器。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項工作是 He 的團隊與耶魯大學、加州大學伯克利分校和中國華中農業(yè)大學 Tao Chen 的同事共同努力的結果。 基于這項工作已經申請了專利。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究得到了加拿大自然科學與工程研究委員會、韓國研究基金會博士后獎學金、美國國立衛(wèi)生研究院 T32 博士前獎學金、霍華德休斯醫(yī)學研究所特殊研究機會獎學金、中國國家自然科學基金和 MSU 植物抗逆力研究所的支持 和杜克科技計劃。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>