熱浪會損害植物的免疫力，從而增加植物對傳染病的脆弱性。短時間的高溫會抑制植物中一種名為水楊酸的防御激素的產(chǎn)生，盡管迄今為止其機制仍不清楚。

在2022年6月29日發(fā)表在《自然》雜志上的一篇文章中，杜克大學生物學家何勝陽博士領(lǐng)導的科學家們“提高植物對氣候變暖的免疫力”，聲稱在植物細胞中發(fā)現(xiàn)了一個基因，解釋了為什么免疫力會隨著熱量的升高而減弱，并證明優(yōu)化該基因的表達可以恢復水楊酸的產(chǎn)生并增強植物對熱浪的免疫力。研究人員在模式植物擬南芥上進行了實驗。何說，如果他們在這個模型中的發(fā)現(xiàn)適用于農(nóng)作物，那么對于確保變暖世界中的糧食安全將大有幫助。

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何團隊的早期研究表明，即使是短暫的熱浪也會對擬南芥的激素防御產(chǎn)生巨大影響，使它們更容易受到丁香假單胞菌的感染。在正常環(huán)境溫度下，感染后水楊酸水平會增加近七倍，但當溫度升至86°F以上時，植物無法再產(chǎn)生足夠的防御激素，感染就會蔓延。

“植物在溫暖的溫度下會受到更多感染，因為它們的基礎(chǔ)免疫力水平下降，”他說?！八晕覀兿胫?，植物如何感受熱量?我們能否修復它，使植物具有耐熱性?”

其他實驗室的早期研究發(fā)現(xiàn)了一種稱為光敏色素的植物蛋白，它可以充當溫度計并在春季觸發(fā)生長和開花。他和他的同事想知道光敏色素是否在溫度升高時抑制植物免疫力方面發(fā)揮作用。

為了回答這個問題，何的團隊用持續(xù)活躍的光敏色素感染突變植物，用丁香假單胞菌感染正常植物，并在73和82°F下培養(yǎng)它們。他們發(fā)現(xiàn)光敏色素突變體與正常植物一樣，當溫度升高時仍然無法產(chǎn)生足夠的水楊酸。

該團隊花了數(shù)年時間測試其他溫度調(diào)節(jié)基因，但無法識別任何使植物在炎熱天氣下抵抗感染的基因。這使得作者得出結(jié)論，高溫下擬南芥中水楊酸產(chǎn)生的抑制與調(diào)節(jié)熱響應性植物生長和發(fā)育的基因無關(guān)，例如光敏色素B和早期開花3。

然后，他們采用下一代測序技術(shù)來比較受感染的擬南芥植物在正常溫度和高溫下的基因表達，發(fā)現(xiàn)許多在高溫下被抑制的基因受到一個名為CBP60g的基因的調(diào)節(jié)。CBP60g是控制許多其他基因的主開關(guān)，包括產(chǎn)生水楊酸的基因。

深入分析表明，熱量會損害解碼CBP60g的分子機制。研究人員證明，具有持續(xù)活性的CBP60g的擬南芥能保持足夠的水楊酸水平，并且即使暴露在高溫下也能抵抗細菌感染。

然而，CBP60g的持續(xù)激活會阻礙植物生長。因此，研究人員優(yōu)化了基因主開關(guān)的調(diào)節(jié)，使其僅在受到攻擊時才會打開。他說：“這些結(jié)果對于因氣候變化而變得不安全的糧食供應來說可能是個好消息?！?/p>

除了擬南芥之外，何的團隊還發(fā)現(xiàn)，溫度升高也會降低番茄、油菜籽和水稻的水楊酸防御能力。該團隊目前正在恢復油菜籽中的CBP60g基因活性，并取得了可喜的成果。

除了調(diào)節(jié)水楊酸的產(chǎn)生外，CPB60g活性還可以保護其他免疫相關(guān)基因免受熱影響。“我們能夠使整個植物的免疫系統(tǒng)在溫暖的溫度下變得更加強大，”他說?！叭绻r(nóng)作物也是如此，那真是一件大事，因為這樣我們就擁有了一種非常強大的武器?！?/p>

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