作者团队简介
上海交通大学农业与生物学院的付力文长聘教轨副教授为本文通讯作者。博士生张冉、张欢，硕士生杨林为本文的共同第一作者，杨滢宇、文露、尹傲燃均参与了该综述文章的撰写。
从左至右依次为：张冉 (上海交通大学农业与生物学院2023级博士生)、杨林 (上海交通大学农业与生物学院2023级硕士生)、张欢 (上海交通大学农业与生物学院2024级博士生)
研究背景
在全球气候变化加剧的背景下，极端温度事件频发，给农业生产带来严峻挑战。植物在面对极端温度胁迫时展现出惊人的适应能力，这种能力主要通过三种机制实现——极端温度胁迫信号的接收、传递与响应。植物通过特定的感受器识别温度变化，启动相应的防御策略，引发下游响应。
上海交通大学农业与生物学院付力文课题组在 Plants 期刊发表了一篇题为“Molecular Networks Governing Plant Responses to Heat and Cold Stress”的综述文章。该文章系统梳理了近五年200余篇植物应对极端温度的前沿成果，该文章不仅揭示了植物感知和响应温度胁迫的分子机制，更为作物抗逆育种提供了重要理论指导。
研究内容与发现
温度是影响植物生长和发育的关键环境因素。在感知层面，植物展现出了令人惊叹的精妙机制。研究发现，植物细胞膜不仅是简单的物理屏障，更是一个精密的温度传感中枢。在低温响应方面，植物细胞膜上的COLD1等特殊受体能够敏锐捕捉膜流动性的细微变化，迅速触发钙信号级联反应。这一快速响应机制随后激活CBF/DREB1转录因子网络，启动包括抗冻蛋白合成、渗透调节物质积累等在内的300多个抗寒基因的表达。值得注意的是，这种低温响应具有记忆效应，通过DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传机制，植物能够将胁迫经验保存至基因组中，使后代获得更强的抗寒能力 (图1)。
图1. 植物冷胁迫下响应模式图。
在高温胁迫下，植物则展现出另一套同样精妙的防御系统。植物借助多重机制感受热胁迫信号，包括细胞膜流动性的改变、相分离以及蛋白质亚细胞定位的改变等。并通过激活HSFs热激转录因子网络 (以HSFa1为代表)，调控热激蛋白的表达以维持蛋白质稳态。研究发现，高温响应同样具有表观遗传记忆特性，且与低温记忆共享部分调控通路 (图2)。
图2. 植物热胁迫下响应模式图。
研究总结
虽然冷热胁迫激活的具体基因通路有所不同，但它们都依赖于一些共同调控节点。首先，钙信号系统就像是一个中央处理器，负责整合不同的温度信号。其次，活性氧平衡机制则如同一个精密的调节阀，确保防御反应不会过度激活造成能量浪费。最后，植物激素在温度胁迫响应中发挥重要的作用，通过MAPK级联反应互相联系。这些共同元件构成了植物应对环境胁迫的核心点。
阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2223-7747/14/13/2073
Plants 期刊介绍
主编：Dilantha Fernando, University of Manitoba, Canada
期刊内容主要涉植物科学领域的研究。目前期刊已被SCIE、Scopus等数据库收录。
2024 Impact Factor：4.1
2024 CiteScore：7.6
Time to First Decision：17.7 Days
Acceptance to Publication：2.6 Days
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自MDPI开放科学科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-3516770-1510582.html?mobile=1
收藏
