研究发现，高温会削弱植物的免疫系统

全球科学家们对于植物在气温升高时为何会丧失对病原体的防御能力尚存疑虑。不过，解决之道或许在于遗传学。

长期以来，科学家们一直试图弄清楚，为什么气温升高时植物更容易患病。

尽管相关研究仍在进行中，来自世界各地大学的一组研究人员正致力于寻找方法，以恢复植物在高温天气下抵御病原体的能力。

随着气候变化加速，我们将面临压力，必须加快在实验室中取得成果并将其应用于田间。如果不能更广泛地接受转基因植物，我实在看不出我们如何能做到这一点。——马克·西村（Marc Nishimura），科罗拉多州立大学植物免疫学研究员

“在温暖温度下，植物感染病害的几率会大幅增加，因为它们的基础免疫水平会下降，”领导该研究团队的杜克大学植物生物学家何胜阳表示。“因此，我们想了解：植物是如何感知高温的？我们能否通过干预使其具备耐热性？”

这项发表于《自然》杂志的研究聚焦于拟南芥（Arabidopsis thaliana），这种不起眼的杂草被广泛称为鼠耳芥，被植物生物学家视为“植物界的实验鼠”。拟南芥生长于路边、开阔小径和空地，因其生命周期短、基因组短且易于改造，被全球各地用于实验。

科学家表示，拟南芥的主要防御激素是水杨酸，许多植物（包括主要农作物）都利用它来抵抗疾病。然而，当温度上升几度时，水杨酸的生成就会受到干扰。

“与气候变化相关的极端天气条件影响着动植物生命的许多方面，包括对传染病的反应，”研究人员写道。“作为植物核心防御激素的水杨酸，其合成特别容易受到短暂高温天气的抑制——当温度超出植物正常生长范围时，通过某种未知机制，这种抑制作用就会发生。”

经过多年的实验室研究，研究人员成功分离出CBP60g基因。当温度升高时，该基因会抑制植物体内水杨酸激素的生成，从而削弱其防御机制。研究人员通过基因手段绕过该基因，使植物在高温环境下恢复防御能力。

“这是一项历时多年、由多家机构共同参与的研究，”加拿大威尔弗里德·劳里埃大学生物学家、该研究的合著者克里斯蒂安·丹维·卡斯特罗维德向《橄榄油时报》表示。

“2013年，[我们]发现短暂的高温会显著影响拟南芥植物抵御一种名为假单胞菌（Pseudomonas syringae）的细菌感染的激素防御机制，”他补充道。“经过数年的研究，我们最终成功确定了高温条件下拟南芥免疫系统受抑制的分子机制。”

研究人员通过在实验室中添加一个“启动子”来绕过该基因。这段短DNA序列迫使该基因进行转录（将DNA序列复制成RNA分子），从而恢复了拟南芥产生水杨酸激素的能力。

“包括水杨酸受体和生物合成基因在内，优化后的CBP60g表达足以在升高的生长温度下广泛恢复水杨酸的产生、基础免疫力和效应器诱导的免疫反应，且不会对生长造成显著影响，”研究人员写道。

该团队已开始在油菜等粮食作物上测试基因改造。他们还计划对包括小麦和马铃薯在内的更多作物进行实验。不过，卡斯特罗维尔德表示，在将这一解决方案大规模应用之前，还需要进行大量田间研究。

“许多植物都拥有类似CBP60g的基因，其中大部分具备合成水杨酸的能力，”他说，“看来植物本身已拥有了防御武器。我们当前的挑战只是如何利用这种能力。就农业应用而言，我认为必须等到田间试验取得成功后才能推进。”

尽管如此，研究团队提出的这一恢复植物免疫系统的具体方案，前提是消费者已准备好接受食品中更多基因改造。

“随着气候变化加速，我们将面临压力，必须加快实验室研究成果向田间的转化，”科罗拉多州立大学植物免疫学专家马克·西村（Marc Nishimura）表示，他并未参与该研究。“如果人们对转基因植物的接受度不高，我看不出我们如何能做到这一点。”

香港中文大学的研究人员6月发表的另一项研究警告称，受臭氧污染和气候变化影响，到2050年全球作物产量可能下降20%

尽管研究人员成功恢复了拟南芥（Arabidopsis thaliana）的抗热防御能力，但他们强调，对于气候变暖如何影响植物免疫系统效能这一认知缺口，仍是“未来农业生产力、生态系统保护以及新型植物病害大流行出现的关键隐忧”。

不过，他们补充道，研究结果表明未来作物将变得更具抗性。

“我们成功地使整个植物免疫系统在温暖温度下变得更加强健，”杜克大学的植物生物学家何表示。“如果这一发现同样适用于农作物，那将意义重大，因为届时我们将拥有一件非常有力的武器。”