北卡罗来纳州达勒姆——当热浪袭来时，它们不仅会对人们造成伤害——我们赖以生存的植物也会受到影响。 这是因为当温度过高时，某些植物的防御系统就无法发挥作用，使它们更容易受到病原体和害虫的攻击。

现在，科学家们说他们已经在植物细胞中发现了一种特殊的蛋白质，这可以解释为什么当汞含量升高时免疫力会下降。 他们还找到了一种方法来扭转损失并增强植物抵御高温的能力。

该发现于 6 月 29 日发表在《自然》杂志上，是在一种名为拟南芥的细长植物中发现的，这种植物有白色花朵，是植物研究的“实验室老鼠”。 杜克大学生物学家和通讯作者 Sheng-Yang He 说，如果同样的结果也适用于农作物，这对于全球变暖中的粮食安全来说将是一个好消息。

几十年来，科学家们已经知道，高于正常温度会抑制植物产生一种叫做水杨酸的防御激素的能力，这种激素会激活植物的免疫系统，并在入侵者造成太大损害之前阻止它们。 但这种免疫力崩溃的分子基础尚不清楚。

在 2010 年代中期，He 和他当时的研究生 Bethany Huot 发现，即使是短暂的热浪也会对拟南芥植物的激素防御产生巨大影响，使它们更容易被一种叫做丁香假单胞菌的细菌感染。

通常，当这种病原体侵袭时，植物叶子中的水杨酸含量会上升 7 倍，以防止细菌传播。 但是，当温度超过 86 度并持续两天时——甚至不到三位数——植物就无法再产生足够的防御激素来阻止感染的发生。

“植物在温暖的温度下会受到更多的感染，因为它们的基础免疫水平下降了。”何说。 “所以我们想知道，植物如何感受热量？ 我们真的可以修复它使植物具有耐热性吗？”

大约在同一时间，一个不同的团队发现植物细胞中称为光敏色素的分子起到内部温度计的作用，帮助植物在春天感知温暖的温度并促进生长和开花。

因此，贺和他的同事们想知道：这些相同的热敏分子会不会是在温度升高时击倒免疫系统并使其恢复的关键？

为找出答案，研究人员将正常植物和光敏色素无论温度如何都始终活跃的突变植物，用丁香假单胞菌感染它们，并在 73 和 82 度下生长，以观察它们的效果。 但光敏色素突变体的表现与正常植物完全一样：当温度升高以抵御感染时，它们仍然无法产生足够的水杨酸。

共同第一作者 Danve Castroverde 和 Jonghum Kim 花了数年时间对其他基因嫌疑人进行了类似的实验，这些突变植物也在温暖的时期生病了。 所以他们尝试了不同的策略。 使用下一代测序，他们比较了在常温和高温下受感染的拟南芥植物中的基因读数。 事实证明，许多在高温下被抑制的基因是由同一个分子调节的，这个分子叫做 CBP60g。

CBP60g 基因就像一个控制其他基因的主开关，因此任何下调或“关闭”CBP60g 的东西都意味着许多其他基因也被关闭——它们不会产生使植物细胞能够生长的蛋白质 水杨酸。

进一步的实验表明，当温度过高时，开始读取 CBP60g 基因中的遗传指令所需的细胞机器无法正确组装，这就是植物的免疫系统无法再发挥作用的原因。

该团队能够证明，其 CBP60g 基因不断“开启”的突变拟南芥植物即使在热应激下也能够保持其防御激素水平升高并阻止细菌进入。

接下来，研究人员找到了一种设计耐热植物的方法，这些植物仅在受到攻击时才打开 CBP60g 主开关，并且不会阻碍它们的生长——如果这些发现将有助于保护植物防御而不会对作物产量产生负面影响，那么这一点至关重要。

He 说，这些发现对于因气候变化而变得不稳定的食品供应来说可能是个好消息。

全球变暖使热浪变得更糟，削弱了植物的自然防御能力。 但是，全世界每年有多达 40% 的粮食作物因病虫害而损失，全球经济损失约 3000 亿美元。

与此同时，人口增长正在推高世界对粮食的需求。 到 2050 年，为了养活地球上预计的 100 亿人口，预测表明粮食产量需要增加 60%。

谈到未来的粮食安全，何说真正的考验将是他们保护拟南芥植物免疫力的策略是否也适用于农作物。

研究小组发现，升高的温度不仅会削弱拟南芥植物中的水杨酸防御能力——它对番茄、油菜籽和水稻等农作物也有类似的影响。

迄今为止，在油菜籽中恢复 CBP60g 基因活性的后续实验显示出同样有希望的结果。 事实上，在植物中发现了具有相似 DNA 序列的基因，He 说。

在拟南芥中，让 CPB60g 主开关远离热量不仅可以恢复参与制造水杨酸的基因，还可以保护其他防御相关基因免受温度升高的影响。

“我们能够使整个植物的免疫系统在温暖的温度下更加强大。”何说。 “如果农作物也是如此，那将是一件大事，因为这样我们就有了非常强大的武器。”

这项工作是 He 的团队与耶鲁大学、加州大学伯克利分校和中国华中农业大学 Tao Chen 的同事共同努力的结果。 基于这项工作已经申请了专利。

这项研究得到了加拿大自然科学与工程研究委员会、韩国研究基金会博士后奖学金、美国国立卫生研究院 T32 博士前奖学金、霍华德休斯医学研究所特殊研究机会奖学金、中国国家自然科学基金和 MSU 植物抗逆力研究所的支持 和杜克科技计划。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。