在應對全球氣候變化帶來的挑戰中，農業生産正面臨前所未有的極端溫度影響。作物生長環境的持續升溫，不僅超越了其最佳溫度範圍，還導緻了熱應激（Heat Stress, HS），這一問題嚴重威脅着全球農業生産的可持續性。為了應對這一挑戰，科學家們一直在努力探索植物對熱應激的反應機制，并尋找新的調節因子。最近，Bohn 等人在拟南芥中發現了一種新的溫度傳感器“THERMO-WITH ABA-RESPONSE 1（TWA1）”，這一發現為科學家們通過育種和生物技術手段調整農作物的熱适應性提供全新分子工具，助力培育新一代的耐熱型作物。
近日，深圳大學胡章立教授科研團隊在Plant Communications上發表了一篇《Leveraging a new thermosensor for heat-smart future agriculture》評論文章，Ali Raza等研究人員詳細闡述了植物中溫度傳感器TWA1在響應高溫中的功能及其調節機制，并為進一步利用深入開展理論研究和應用提供新的見解。
【TWA1：植物界的溫度傳感器】
TWA1，溫度傳感器，是在模式植物拟南芥中被鑒定出的關鍵分子，它在植物感覺和響應高溫方面發揮着核心作用。TWA1是一種溫度傳感轉錄共調節因子，TWA1通過調節對壓力敏感基因的表達，激活熱應激響應。其獨特的功能在于能夠與茉莉酸相關MYC樣轉錄因子（JAM）及TOPLESS（TPL）共抑制子互相作用，共同建構抑制複合體，以溫度依賴的方式調控ABA響應基因的表達。在正常溫度下，TWA1維持基礎水準的基因表達；而當遭遇高溫時，則更加活躍，增強植物的抗逆性，保證作物在極端氣候下的生存能力。
圖1 TWA1溫度傳感器随溫度變化的動态調控機制
【揭秘TWA1的作用機制】
研究揭示，TWA1的活性與穩定性在熱應激條件下受到翻譯後修飾的精細調控，這是提高植物HS耐受性的新政策。盡管TWA1在維持基因基礎表達和增強HS耐受性方面的關鍵作用已被确認，但其與JAM、TPL的分子機制細節，以及高溫如何調節這些互相作用仍需深入探索。此外，TWA1如何整合來自幹旱、鹽堿等其他脅迫途徑的信号，是否與其他轉錄因子或共抑制子協同工作以應對不同環境壓力，也是未來研究的重點。
【多元度提升作物抗逆性】
TWA1的發現不僅僅是一個分子工具的誕生，更是開啟了關于植物熱應激反應的深層次機制研究。通過解析TWA1介導的信号網絡及其下遊靶點，我們能更全面地了解溫敏傳感器在植物應激生物學中的廣泛影響。研究TWA1與其他植物激素信号通路之間的互動作用，有望發現設計氣候智能作物的新方法，進而增強作物對多重環境壓力的适應能力。
【生态與環境考量】
當然，任何技術應用都需謹慎評估其生态與環境影響。未來，科學家們将密切關注TWA1表達對作物生長發育、生态系統互動的長期效應。TWA1傳感器的開發和應用，為設計适應高溫氣候地區的“智能型”作物提供了可能，是實作農業可持續發展的有效分子工具。
作者簡介
深圳大學Dr. Ali Raza為該文第一作者，胡章立教授為通訊作者。
Raza, A., Zaman, Q.U., Hu, Z., et al. (2024). Leveraging a new thermosensor for heat-smart future agriculture. PLANT COMMUNICATIONS. doi: https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.101007
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