“沉默”10年再发《自然》,他们攻克35年未解之谜

作者: 王昊昊

来源: 中国科学报

发布日期: 2024-08-01 07:46:55

中国工程院院士、湖南农业大学教授邹学校科研团队的教授远方和刘峰课题组研究发现,当水分增多时,植物低渗感受器OSCA2.1和OSCA2.2会迅速感知外界丰富的水分,使胞质内钙信号增强,从而作出防御等反应,解决了35年未解的科学难题。

研究成果登上《自然》后的两个月里,远方越来越忙了。除了开展日常研究外,她还继续和相关科研机构深入交流,以期将研究成果应用在更多领域。这是远方历经10年再次在《自然》发表重要成果。这10年里,远方团队虽没有特别重磅的成果,但研究在不断深入。低渗,即水分增多时,植物细胞内的钙信号会增强。

早在35年前,科学家就观察到了这一现象,并推测这是由低渗透压感受机制导致的,但始终不知道机制背后的钙信号增强是“谁干的”。中国工程院院士、湖南农业大学教授邹学校科研团队的教授远方和刘峰课题组研究发现,当水分增多时,植物低渗感受器OSCA2.1和OSCA2.2会迅速感知外界丰富的水分,使胞质内钙信号增强,从而作出防御等反应,可以说,它们是植物周围多水环境下钙离子浓度增加的“开关”。

随着全球气候变暖,缺水对植被和农作物的影响会越来越严重。陆生植物是从水生祖先进化而来的,它成功克服了缺水和水分波动这两个看似难以逾越的障碍,适应了陆地环境。高等植物通过阻止脱水和过渡吸水的作用在陆地缺水和水分波动中生存。早在35年前,就有科学家将低渗透压诱导的钙信号增强推测为低渗透压感受机制,但其分子基础未知。钙离子是植物生长发育和逆境响应的核心调控因子。

当植物感受到外界环境变化时,会产生钙信号,进而激活下游相应机制。远方的植物钙信号研究,是师从美国杜克大学教授裴真明从事博士后研究时开始的。与所有生物体一样,陆生植物必须监测其环境中可利用水的多少来调控生长和发育。对植物感受器开展深入研究,不仅能真正了解植物对水分等的需求,还能借助感受器在育种方面取得新突破。

在最新研究中,远方等人研究发现了植物多水感受器,阐明了渗透感受器依赖的花粉萌发过程中钙震荡的调控机制。她解释说,高温、低温、干旱等外界环境就像第一信使,当OSCA2.1和OSCA2.2感受到外界的多水环境后,会立即将第一信使传递到植物细胞中。这个信号就像第二信使,细胞识别到第二信使后会立即将第一信使的信息传导到细胞下游影响其基因表达,告诉它们“该干活了”。

团队研究发现,很多钙信号往往会在很短的时间内消失。“从外界环境变化到第二信使接收到这一变化信息,最快的仅两秒钟。”远方说。远方表示,科学研究就像挖矿,挖到最好的“原矿”固然重要,而更关键的是将“原矿”打磨成最漂亮的“宝石”,也就是发现科学现象背后的机理和关键作用。这些年来,远方所在团队一直在默默无闻地研究影响钙信号的植物感受器。

远方说,她不是学霸,但有个和别人不太一样的爱好,就是特别喜欢做数学题,尤其喜欢做难题。“觉得有点难度,我整个人就很兴奋,如果每天都是做类似的事情,我反而就打不起精神。当一个个难题被攻克之后,就是我最兴奋的时刻。”远方表示,“这些研究的战线只会更长,即使我们这一代人没法享受到研究成果,我们仍会踏踏实实潜心做研究,让这些科学构想尽快实现。”

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