【Nature/ Plant Communi】新温敏传感器TWA1的应用与展望

iPlants · 公众号 · · 2024-06-28 22:23

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来源：MP

在应对全球气候变化带来的挑战中，农业生产正面临前所未有的极端温度影响。作物生长环境的持续升温，不仅超越了其最佳温度范围，还导致了热应激（Heat Stress, HS），这一问题严重威胁着全球农业生产的可持续性。为了应对这一挑战，科学家们一直在努力探索植物对热应激的反应机制，并寻找新的调节因子。最近，Bohn 等人在拟南芥中发现了一种新的温度传感器“THERMO-WITH ABA-RESPONSE 1（TWA1）”，这一发现为科学家们通过育种和生物技术手段调整农作物的热适应性提供全新分子工具，助力培育新一代的耐热型作物。

近日，深圳大学胡章立教授科研团队在Plant Communications上发表了一篇《Leveraging a new thermosensor for heat-smart future agriculture》评论文章，Ali Raza等研究人员详细阐述了植物中温度传感器TWA1在响应高温中的功能及其调节机制，并为进一步利用深入开展理论研究和应用提供新的见解。

【TWA1：植物界的温度传感器】

TWA1，温度传感器，是在模式植物拟南芥中被鉴定出的关键分子，它在植物感知和响应高温方面发挥着核心作用。TWA1是一种温度传感转录共调节因子，TWA1通过调节对压力敏感基因的表达，激活热应激响应。其独特的功能在于能够与茉莉酸相关MYC样转录因子（JAM）及TOPLESS（TPL）共抑制子相互作用，共同构建抑制复合体，以温度依赖的方式调控ABA响应基因的表达。在正常温度下，TWA1维持基础水平的基因表达；而当遭遇高温时，则更加活跃，增强植物的抗逆性，保证作物在极端气候下的生存能力。

图1 TWA1温度传感器随温度变化的动态调控机制

【揭秘TWA1的作用机制】

研究揭示，TWA1的活性与稳定性在热应激条件下受到翻译后修饰的精细调控，这是提高植物HS耐受性的新策略。尽管TWA1在维持基因基础表达和增强HS耐受性方面的关键作用已被确认，但其与JAM、TPL的分子机制细节，以及高温如何调节这些相互作用仍需深入探索。此外，TWA1如何整合来自干旱、盐碱等其他胁迫途径的信号，是否与其他转录因子或共抑制子协同工作以应对不同环境压力，也是未来研究的重点。

【多维度提升作物抗逆性】

TWA1的发现不仅仅是一个分子工具的诞生，更是开启了关于植物热应激反应的深层次机制研究。通过解析TWA1介导的信号网络及其下游靶点，我们能更全面地理解温敏传感器在植物应激生物学中的广泛影响。研究TWA1与其他植物激素信号通路之间的交互作用，有望发现设计气候智能作物的新方法，从而增强作物对多重环境压力的适应能力。

【生态与环境考量】

当然，任何技术应用都需谨慎评估其生态与环境影响。未来，科学家们将密切关注TWA1表达对作物生长发育、生态系统交互的长期效应。TWA1传感器的开发和应用，为设计适应高温气候地区的“智能型”作物提供了可能，是实现农业可持续发展的有效分子工具。

作者简介

深圳大学Dr. Ali Raza为该文第一作者，胡章立教授为通讯作者。

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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