首次！湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)以第一完成單位在Nature發(fā)文

大學(xué)路小編給大家?guī)砹耸状危?a target="_blank" href="/academy/detail/1445.html" title="湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)">湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)以第一完成單位在Nature發(fā)文相關(guān)文章，一起來看一下吧。

　　北京時間5月22日23時，中國工程院院士、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)鄒學(xué)校院士團隊的遠方和劉峰課題組研究發(fā)現(xiàn)了植物低滲(多水)感受器OSCA2.1和OSCA2.2，闡明了滲透感受器依賴的花粉萌發(fā)過程中鈣震蕩的調(diào)控機制，為揭示植物適應(yīng)全球環(huán)境變化的生理生態(tài)效應(yīng)及分子機制提供重要的理論依據(jù)，對提升我國糧食和生態(tài)安全具有重大意義。

　　這是湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)首次作為第一完成單位、第一作者以及通訊作者在國際頂級綜合性期刊《Nature》正刊發(fā)表研究性論文，鄒學(xué)校院士團隊裴宋雨博士為第一作者，遠方教授和劉峰教授以及裴真明教授為并列通訊作者。該研究獲得國家“十四五”重點研發(fā)計劃“農(nóng)業(yè)生物重要性狀形成與環(huán)境適應(yīng)性基礎(chǔ)研究”重點專項“糧食作物環(huán)境感受受體的鑒定及其響應(yīng)機制(基礎(chǔ)類研究)”資助。

　　隨著全球氣候變暖，缺水對植被和農(nóng)作物的影響越來越嚴(yán)重。陸生植物必須通過監(jiān)測其環(huán)境中可利用水的多少來調(diào)控生長和發(fā)育，當(dāng)植物細胞外水供應(yīng)多時，細胞吸水，胞外滲透壓相對于胞內(nèi)滲透壓較低，低滲感受器感受低滲信號并將其轉(zhuǎn)化為細胞內(nèi)第二信使(如鈣信號)啟動下游的生理生化反應(yīng)。然而，植物低滲感受器離子通道一直未被發(fā)現(xiàn)。

　　團隊研究人員在模式植物擬南芥中鑒定到了首個真正的細胞表面低滲感受器離子通道，并發(fā)現(xiàn)了水分通過低滲感受器直調(diào)控花粉粒鈣信號(即花粉粒鈣信號是響應(yīng)水分的第二信使)。該研究揭示了植物感受環(huán)境水分變化的全新信號途徑，對進一步闡明水分調(diào)控植物細胞擴展的分子機制具有重要意義，對提升農(nóng)作物的抗逆性和產(chǎn)量具有重要作用。

圖1. OSCA2.1 和 OSCA2.2 在花粉粒和 HEK293 細胞中行使低滲激活的細胞質(zhì)膜鈣離子通道功能

　　團隊在大腸桿菌中開發(fā)了低滲響應(yīng)離子通道的功能表達篩選體系，并分離出低滲感受器OSCA2.1。通過篩選鑒定單敲除和多敲除OSCA突變體，發(fā)現(xiàn)OSCA2.1/2.2雙敲除突變體在花粉萌發(fā)和低滲誘導(dǎo)的胞質(zhì)鈣增加(HOSCA)方面受到抑制。OSCA2.1/2.2在植物和HEK293細胞中能形成低滲透敏感的鈣離子通道 (圖1)。通過系統(tǒng)地描述、定義、統(tǒng)計和量化花粉萌發(fā)前鈣振蕩的生物學(xué)特點，研究人員發(fā)現(xiàn)了以前從未報道過的花粉粒萌發(fā)前鈣信號模式。數(shù)十個CaOscS均勻地出現(xiàn)在細胞質(zhì)中，之后CaOscL逐漸向萌發(fā)孔附近富集，最終引發(fā)花粉管突起(萌發(fā)起始)。研究還發(fā)現(xiàn)降低花粉萌發(fā)培養(yǎng)基中滲透壓會增強花粉粒鈣振蕩，該現(xiàn)象由OSCA2.1/2.2離子通道所介導(dǎo)，而是花粉粒萌發(fā)所必需的 (圖2)。研究表明，OSCA2.1/2.2離子通道感受花粉粒外(胞外)水分信號后，并將其轉(zhuǎn)化為花粉粒中(胞內(nèi))的鈣信號，證實該離子通道就是科學(xué)家探索已久植物低滲感受器。

圖2.?通過降低水勢來誘導(dǎo)花粉粒鈣振蕩(模擬復(fù)水過程)在OSCA2.1/2.2突變體中被破壞

　　水是細胞擴展最重要的驅(qū)動力，該研究發(fā)現(xiàn)的“多水(胞外)?低滲感受器(細胞膜)?鈣信號(胞內(nèi))”信號途徑除揭示了生殖細胞花粉粒萌發(fā)機理外，還對理解營養(yǎng)組織中細胞擴展分子機制具有重要意義。滲透感受器OSCA基因家族1起源于原生生物(protists)進化過程，它們在維持細胞形狀和彭壓方面發(fā)揮作用。特別是植物OSCA基因家族的擴張和進化伴隨著植物從水到陸地的轉(zhuǎn)變，其在植物響應(yīng)水分變化中起著重要作用。

　　近年來，隨著全球氣候變化，極端天氣(干旱和洪澇)災(zāi)害發(fā)生頻率及危害程度逐年增加。2023年，我國由洪澇和干旱等災(zāi)害造成的農(nóng)作物受災(zāi)面積10539.3千公頃，直接經(jīng)濟損失3454.5億元。農(nóng)作物抗旱和耐澇機理的復(fù)雜性，利用傳統(tǒng)育種方法提高植物的抗旱性困難重重，迄今為止，還未能找到可以有效提高農(nóng)作物干旱和澇脅迫能力的方法。該研究成果為研究農(nóng)作物如何利用有效水分，增強水脅迫抗性(抗旱和耐澇)提供了重要的基因資源;也為揭示植物適應(yīng)全球環(huán)境變化的生理生態(tài)效應(yīng)及分子機制提供重要的理論依據(jù)，對提升我國糧食和生態(tài)安全具有重大意義。

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