<p>北卡羅來納州達(dá)勒姆&mdash;&mdash;當(dāng)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?yàn)楫?dāng)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(xiàn)在，科學(xué)家們說他們已經(jīng)在植物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一種特殊的蛋白質(zhì)，這可以解釋為什么當(dāng)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(zhuǎn)損失并增強(qiáng)植物抵御高溫的能力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該發(fā)現(xiàn)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(xì)長植物中發(fā)現(xiàn)的，這種植物有白色花朵，是植物研究的&ldquo;實(shí)驗(yàn)室老鼠&rdquo;。 杜克大學(xué)生物學(xué)家和通訊作者 Sheng-Yang He 說，如果同樣的結(jié)果也適用于農(nóng)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(xué)家們已經(jīng)知道，高于正常溫度會抑制植物產(chǎn)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(chǔ)尚不清楚。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在 2010 年代中期，He 和他當(dāng)時的研究生 Bethany Huot 發(fā)現(xiàn)，即使是短暫的熱浪也會對擬南芥植物的激素防御產(chǎn)生巨大影響，使它們更容易被一種叫做丁香假單胞菌的細(xì)菌感染。</p> <p>&nbsp;</p> <p>通常，當(dāng)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(xì)菌傳播。 但是，當(dāng)溫度超過 86 度并持續(xù)兩天時&mdash;&mdash;甚至不到三位數(shù)&mdash;&mdash;植物就無法再產(chǎn)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?yàn)樗鼈兊幕A(chǔ)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(fù)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(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)植物細(xì)胞中稱為光敏色素的分子起到內(nèi)部溫度計的作用，幫助植物在春天感知溫暖的溫度并促進(jìn)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(fù)的關(guān)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?zé)o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(xiàn)與正常植物完全一樣：當(dāng)溫度升高以抵御感染時，它們?nèi)匀粺o法產(chǎn)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(shù)年時間對其他基因嫌疑人進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)，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(shù)。 事實(shí)證明，許多在高溫下被抑制的基因是由同一個分子調(diào)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(guān)，因此任何下調(diào)或&ldquo;關(guān)閉&rdquo;CBP60g 的東西都意味著許多其他基因也被關(guān)閉&mdash;&mdash;它們不會產(chǎn)生使植物細(xì)胞能夠生長的蛋白質(zhì) 水楊酸。</p> <p>&nbsp;</p> <p>進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)溫度過高時，開始讀取 CBP60g 基因中的遺傳指令所需的細(xì)胞機(jī)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(tuán)隊(duì)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(yīng)激下也能夠保持其防御激素水平升高并阻止細(xì)菌進(jìn)入。</p> <p>&nbsp;</p> <p>接下來，研究人員找到了一種設(shè)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(guān)，并且不會阻礙它們的生長&mdash;&mdash;如果這些發(fā)現(xiàn)將有助于保護(hù)植物防御而不會對作物產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)面影響，那么這一點(diǎn)至關(guān)重要。</p> <p>&nbsp;</p> <p>He 說，這些發(fā)現(xiàn)對于因氣候變化而變得不穩(wěn)定的食品供應(yīng)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(dá) 40% 的糧食作物因病蟲害而損失，全球經(jīng)濟(jì)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(yù)計的 100 億人口，預(yù)測表明糧食產(chǎn)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(yàn)將是他們保護(hù)擬南芥植物免疫力的策略是否也適用于農(nóng)作物。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究小組發(fā)現(xiàn)，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(nóng)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(fù) CBP60g 基因活性的后續(xù)實(shí)驗(yàn)顯示出同樣有希望的結(jié)果。 事實(shí)上，在植物中發(fā)現(xiàn)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(guān)遠(yuǎn)離熱量不僅可以恢復(fù)參與制造水楊酸的基因，還可以保護(hù)其他防御相關(guān)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(qiáng)大。&rdquo;何說。 &ldquo;如果農(nóng)作物也是如此，那將是一件大事，因?yàn)檫@樣我們就有了非常強(qiáng)大的武器。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)工作是 He 的團(tuán)隊(duì)與耶魯大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校和中國華中農(nóng)業(yè)大學(xué) Tao Chen 的同事共同努力的結(jié)果。 基于這項(xiàng)工作已經(jīng)申請了專利。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)研究得到了加拿大自然科學(xué)與工程研究委員會、韓國研究基金會博士后獎學(xué)金、美國國立衛(wèi)生研究院 T32 博士前獎學(xué)金、霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所特殊研究機(jī)會獎學(xué)金、中國國家自然科學(xué)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(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>