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　　北京(jing)時(shi)間5月22日23時(shi)，中國(guo)工程院(yuan)院(yuan)士、湖南農業大(da)學(xue)鄒學(xue)校院(yuan)士團隊的(de)遠方和劉峰課題組研(yan)究發現(xian)了植物低滲(多水)感(gan)受器OSCA2.1和OSCA2.2，闡明了滲透感(gan)受器依賴(lai)的(de)花粉萌發過程中鈣震蕩的(de)調(diao)控機(ji)制，為(wei)揭示植物適應全球環(huan)境變化的(de)生(sheng)(sheng)理(li)生(sheng)(sheng)態效應及(ji)分子機(ji)制提供重(zhong)要的(de)理(li)論依據，對提升我國(guo)糧(liang)食和生(sheng)(sheng)態安全具有重(zhong)大(da)意義(yi)。

　　這是湖南農業大學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》正刊發表研究性論文，鄒學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(jiu)獲得國家“十四五”重點研發計劃“農業生物重要性狀形成與環(huan)境(jing)適(shi)應性基礎研究(jiu)”重點專(zhuan)項“糧食作物環(huan)境(jing)感受受體的鑒定及(ji)其響(xiang)應機(ji)制(基礎類研究(jiu))”資助。

　　隨著(zhu)全球氣候(hou)變(bian)暖，缺水(shui)對(dui)植(zhi)(zhi)被和農作物的影響越(yue)來越(yue)嚴重。陸生植(zhi)(zhi)物必須通過(guo)監測其環境中可(ke)利用(yong)水(shui)的多少來調控生長和發育，當植(zhi)(zhi)物細(xi)胞外(wai)水(shui)供應(ying)(ying)多時，細(xi)胞吸水(shui)，胞外(wai)滲(shen)透(tou)(tou)壓(ya)相對(dui)于(yu)胞內滲(shen)透(tou)(tou)壓(ya)較低(di)，低(di)滲(shen)感(gan)受(shou)器(qi)(qi)感(gan)受(shou)低(di)滲(shen)信號并(bing)將其轉化(hua)(hua)為(wei)細(xi)胞內第二信使(shi)(如鈣信號)啟動下游(you)的生理生化(hua)(hua)反應(ying)(ying)。然而，植(zhi)(zhi)物低(di)滲(shen)感(gan)受(shou)器(qi)(qi)離子通道(dao)一(yi)直未被發現。

　　團(tuan)隊研(yan)究人員在模式植物(wu)擬南芥中鑒(jian)定到了(le)首個真正(zheng)的(de)細胞表(biao)面(mian)低(di)(di)滲(shen)(shen)感受器離子(zi)通道，并發現(xian)了(le)水(shui)分通過低(di)(di)滲(shen)(shen)感受器直(zhi)調(diao)控花粉粒鈣信(xin)號(即花粉粒鈣信(xin)號是(shi)響(xiang)應水(shui)分的(de)第(di)二信(xin)使)。該研(yan)究揭(jie)示了(le)植物(wu)感受環境水(shui)分變化的(de)全(quan)新信(xin)號途徑，對進一(yi)步闡明水(shui)分調(diao)控植物(wu)細胞擴展的(de)分子(zi)機制具有(you)(you)重要(yao)意義，對提(ti)升農作物(wu)的(de)抗(kang)逆性和(he)產量具有(you)(you)重要(yao)作用。

圖1. OSCA2.1 和 OSCA2.2 在(zai)花(hua)粉(fen)粒和 HEK293 細胞(bao)中(zhong)行使低滲激活的細胞(bao)質膜鈣(gai)離子通道(dao)功能

　　團(tuan)隊在(zai)大腸桿菌中(zhong)開發(fa)(fa)(fa)(fa)了(le)低滲響(xiang)應(ying)離子(zi)通道的(de)功能(neng)(neng)表(biao)達篩選(xuan)體系(xi)，并(bing)分(fen)離出低滲感(gan)受器OSCA2.1。通過(guo)篩選(xuan)鑒(jian)定單敲(qiao)(qiao)除和多敲(qiao)(qiao)除OSCA突變體，發(fa)(fa)(fa)(fa)現(xian)OSCA2.1/2.2雙(shuang)敲(qiao)(qiao)除突變體在(zai)花(hua)(hua)粉(fen)(fen)(fen)萌(meng)(meng)(meng)發(fa)(fa)(fa)(fa)和低滲誘導的(de)胞(bao)(bao)質鈣(gai)(gai)增(zeng)加(HOSCA)方(fang)面受到抑制(zhi)。OSCA2.1/2.2在(zai)植物(wu)和HEK293細胞(bao)(bao)中(zhong)能(neng)(neng)形成低滲透敏感(gan)的(de)鈣(gai)(gai)離子(zi)通道 (圖1)。通過(guo)系(xi)統地(di)描(miao)述(shu)、定義、統計(ji)和量化花(hua)(hua)粉(fen)(fen)(fen)萌(meng)(meng)(meng)發(fa)(fa)(fa)(fa)前(qian)鈣(gai)(gai)振蕩的(de)生物(wu)學特點，研(yan)究人員發(fa)(fa)(fa)(fa)現(xian)了(le)以前(qian)從未報道過(guo)的(de)花(hua)(hua)粉(fen)(fen)(fen)粒(li)(li)萌(meng)(meng)(meng)發(fa)(fa)(fa)(fa)前(qian)鈣(gai)(gai)信號(hao)模式(shi)。數十個CaOscS均勻地(di)出現(xian)在(zai)細胞(bao)(bao)質中(zhong)，之后CaOscL逐漸向萌(meng)(meng)(meng)發(fa)(fa)(fa)(fa)孔附(fu)近富(fu)集(ji)，最終引發(fa)(fa)(fa)(fa)花(hua)(hua)粉(fen)(fen)(fen)管(guan)突起(萌(meng)(meng)(meng)發(fa)(fa)(fa)(fa)起始)。研(yan)究還(huan)發(fa)(fa)(fa)(fa)現(xian)降低花(hua)(hua)粉(fen)(fen)(fen)萌(meng)(meng)(meng)發(fa)(fa)(fa)(fa)培養基(ji)中(zhong)滲透壓會增(zeng)強花(hua)(hua)粉(fen)(fen)(fen)粒(li)(li)鈣(gai)(gai)振蕩，該(gai)現(xian)象由OSCA2.1/2.2離子(zi)通道所(suo)介導，而(er)是花(hua)(hua)粉(fen)(fen)(fen)粒(li)(li)萌(meng)(meng)(meng)發(fa)(fa)(fa)(fa)所(suo)必需(xu)的(de) (圖2)。研(yan)究表(biao)明(ming)，OSCA2.1/2.2離子(zi)通道感(gan)受花(hua)(hua)粉(fen)(fen)(fen)粒(li)(li)外(wai)(胞(bao)(bao)外(wai))水分(fen)信號(hao)后，并(bing)將其轉化為(wei)花(hua)(hua)粉(fen)(fen)(fen)粒(li)(li)中(zhong)(胞(bao)(bao)內)的(de)鈣(gai)(gai)信號(hao)，證實該(gai)離子(zi)通道就是科學家探索(suo)已久植物(wu)低滲感(gan)受器。

圖2.?通過(guo)降低水(shui)勢(shi)來誘導花粉粒(li)鈣振蕩(dang)(模(mo)擬復水(shui)過(guo)程)在OSCA2.1/2.2突變體中被破壞

　　水是(shi)(shi)細(xi)胞(bao)擴(kuo)(kuo)展(zhan)最重要(yao)(yao)的(de)驅動(dong)力，該研究發現的(de)“多(duo)水(胞(bao)外)?低滲感受(shou)器(細(xi)胞(bao)膜(mo))?鈣信(xin)號(hao)(胞(bao)內)”信(xin)號(hao)途徑除揭(jie)示了生(sheng)(sheng)殖細(xi)胞(bao)花(hua)粉粒萌發機(ji)(ji)理(li)外，還(huan)對理(li)解營(ying)養組織中細(xi)胞(bao)擴(kuo)(kuo)展(zhan)分子機(ji)(ji)制具有重要(yao)(yao)意義。滲透感受(shou)器OSCA基因家族(zu)1起(qi)源于原生(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)物(protists)進化(hua)(hua)過(guo)程(cheng)，它們(men)在(zai)維持(chi)細(xi)胞(bao)形狀和(he)彭壓方面發揮(hui)作(zuo)用(yong)。特別是(shi)(shi)植(zhi)物OSCA基因家族(zu)的(de)擴(kuo)(kuo)張和(he)進化(hua)(hua)伴隨著植(zhi)物從(cong)水到陸地的(de)轉變，其(qi)在(zai)植(zhi)物響(xiang)應水分變化(hua)(hua)中起(qi)著重要(yao)(yao)作(zuo)用(yong)。

　　近年(nian)來(lai)，隨著全球氣(qi)候變(bian)化，極端天氣(qi)(干(gan)旱(han)(han)和(he)(he)洪澇(lao))災(zai)害(hai)發生(sheng)(sheng)頻率及危害(hai)程度(du)逐年(nian)增加。2023年(nian)，我(wo)國由(you)洪澇(lao)和(he)(he)干(gan)旱(han)(han)等災(zai)害(hai)造成的(de)(de)農作(zuo)物(wu)(wu)受災(zai)面積(ji)10539.3千(qian)公(gong)頃(qing)，直(zhi)接經濟損失3454.5億元。農作(zuo)物(wu)(wu)抗旱(han)(han)和(he)(he)耐澇(lao)機理的(de)(de)復雜性(xing)，利(li)用(yong)(yong)傳統育種(zhong)方法(fa)提高(gao)植(zhi)物(wu)(wu)的(de)(de)抗旱(han)(han)性(xing)困難重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，迄今為止(zhi)，還未能找到可以有(you)效提高(gao)農作(zuo)物(wu)(wu)干(gan)旱(han)(han)和(he)(he)澇(lao)脅(xie)迫能力的(de)(de)方法(fa)。該研究成果為研究農作(zuo)物(wu)(wu)如何利(li)用(yong)(yong)有(you)效水分，增強水脅(xie)迫抗性(xing)(抗旱(han)(han)和(he)(he)耐澇(lao))提供了重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)要的(de)(de)基因(yin)資(zi)源;也為揭示植(zhi)物(wu)(wu)適應全球環(huan)境變(bian)化的(de)(de)生(sheng)(sheng)理生(sheng)(sheng)態效應及分子機制提供重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)要的(de)(de)理論(lun)依據，對(dui)提升我(wo)國糧食(shi)和(he)(he)生(sheng)(sheng)態安全具有(you)重(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)大意義。