热浪会损害植物的免疫力，从而增加植物对传染病的脆弱性。短时间的高温会抑制植物中一种名为水杨酸的防御激素的产生，尽管迄今为止其机制仍不清楚。

(资料图)

在2022年6月29日发表在《自然》杂志上的一篇文章中，杜克大学生物学家何胜阳博士领导的科学家们“提高植物对气候变暖的免疫力”，声称在植物细胞中发现了一个基因，解释了为什么免疫力会随着热量的升高而减弱，并证明优化该基因的表达可以恢复水杨酸的产生并增强植物对热浪的免疫力。研究人员在模式植物拟南芥上进行了实验。何说，如果他们在这个模型中的发现适用于农作物，那么对于确保变暖世界中的粮食安全将大有帮助。

何团队的早期研究表明，即使是短暂的热浪也会对拟南芥的激素防御产生巨大影响，使它们更容易受到丁香假单胞菌的感染。在正常环境温度下，感染后水杨酸水平会增加近七倍，但当温度升至86°F以上时，植物无法再产生足够的防御激素，感染就会蔓延。

“植物在温暖的温度下会受到更多感染，因为它们的基础免疫力水平下降，”他说。“所以我们想知道，植物如何感受热量?我们能否修复它，使植物具有耐热性?”

其他实验室的早期研究发现了一种称为光敏色素的植物蛋白，它可以充当温度计并在春季触发生长和开花。他和他的同事想知道光敏色素是否在温度升高时抑制植物免疫力方面发挥作用。

为了回答这个问题，何的团队用持续活跃的光敏色素感染突变植物，用丁香假单胞菌感染正常植物，并在73和82°F下培养它们。他们发现光敏色素突变体与正常植物一样，当温度升高时仍然无法产生足够的水杨酸。

该团队花了数年时间测试其他温度调节基因，但无法识别任何使植物在炎热天气下抵抗感染的基因。这使得作者得出结论，高温下拟南芥中水杨酸产生的抑制与调节热响应性植物生长和发育的基因无关，例如光敏色素B和早期开花3。

然后，他们采用下一代测序技术来比较受感染的拟南芥植物在正常温度和高温下的基因表达，发现许多在高温下被抑制的基因受到一个名为CBP60g的基因的调节。CBP60g是控制许多其他基因的主开关，包括产生水杨酸的基因。

深入分析表明，热量会损害解码CBP60g的分子机制。研究人员证明，具有持续活性的CBP60g的拟南芥能保持足够的水杨酸水平，并且即使暴露在高温下也能抵抗细菌感染。

然而，CBP60g的持续激活会阻碍植物生长。因此，研究人员优化了基因主开关的调节，使其仅在受到攻击时才会打开。他说：“这些结果对于因气候变化而变得不安全的粮食供应来说可能是个好消息。”

除了拟南芥之外，何的团队还发现，温度升高也会降低番茄、油菜籽和水稻的水杨酸防御能力。该团队目前正在恢复油菜籽中的CBP60g基因活性，并取得了可喜的成果。

除了调节水杨酸的产生外，CPB60g活性还可以保护其他免疫相关基因免受热影响。“我们能够使整个植物的免疫系统在温暖的温度下变得更加强大，”他说。“如果农作物也是如此，那真是一件大事，因为这样我们就拥有了一种非常强大的武器。”