北京時間5月22日23時，中國工程院院士、湖南農業大學鄒學校院士團隊的遠方和劉峰課題組研究發現了植物低滲(多水)感受器OSCA2.1和OSCA2.2，闡明了滲透感受器依賴的花粉萌發過程中鈣震蕩的調控機製，為揭示植物適應全球環境變化的生理生態效應及分子機製提供重要的理論依據，對提升我國糧食和生態安全具有重大意義。

這是湖南農業大學首次作為第一完成單位、第一作者以及通訊作者在國際頂級綜合性期刊《Nature》正刊發表研究性論文，鄒學校院士團隊裴宋雨博士為第一作者，遠方教授和劉峰教授以及裴真明教授為並列通訊作者。該研究獲得國家“十四五”重點研發計劃“農業生物重要性狀形成與環境適應性基礎研究”重點專項“糧食作物環境感受受體的鑒定及其響應機製(基礎類研究)”資助。

　　隨著全球氣候變暖，缺水對植被和農作物的影響越來越嚴重。陸生植物必須通過監測其環境中可利用水的多少來調控生長和發育，當植物細胞外水供應多時，細胞吸水，胞外滲透壓相對於胞內滲透壓較低，低滲感受器感受低滲信號並將其轉化為細胞內第二信使(如鈣信號)啟動下遊的生理生化反應。然而，植物低滲感受器離子通道一直未被發現。

　　團隊研究人員在模式植物擬南芥中鑒定到了首個真正的細胞表麵低滲感受器離子通道，並發現了水分通過低滲感受器直調控花粉粒鈣信號(即花粉粒鈣信號是響應水分的第二信使)。該研究揭示了植物感受環境水分變化的全新信號途徑，對進一步闡明水分調控植物細胞擴展的分子機製具有重要意義，對提升農作物的抗逆性和產量具有重要作用。

圖1. OSCA2.1 和 OSCA2.2 在花粉粒和 HEK293 細胞中行使低滲激活的細胞質膜鈣離子通道功能

　　團隊在大腸杆菌中開發了低滲響應離子通道的功能表達篩選體係，並分離出低滲感受器OSCA2.1。通過篩選鑒定單敲除和多敲除OSCA突變體，發現OSCA2.1/2.2雙敲除突變體在花粉萌發和低滲誘導的胞質鈣增加(HOSCA)方麵受到抑製。OSCA2.1/2.2在植物和HEK293細胞中能形成低滲透敏感的鈣離子通道 (圖1)。通過係統地描述、定義、統計和量化花粉萌發前鈣振蕩的生物學特點，研究人員發現了以前從未報道過的花粉粒萌發前鈣信號模式。數十個CaOscS均勻地出現在細胞質中，之後CaOscL逐漸向萌發孔附近富集，最終引發花粉管突起(萌發起始)。研究還發現降低花粉萌發培養基中滲透壓會增強花粉粒鈣振蕩，該現象由OSCA2.1/2.2離子通道所介導，而是花粉粒萌發所必需的 (圖2)。研究表明，OSCA2.1/2.2離子通道感受花粉粒外(胞外)水分信號後，並將其轉化為花粉粒中(胞內)的鈣信號，證實該離子通道就是科學家探索已久植物低滲感受器。

圖2. 通過降低水勢來誘導花粉粒鈣振蕩(模擬複水過程)在OSCA2.1/2.2突變體中被破壞

　　水是細胞擴展最重要的驅動力，該研究發現的“多水(胞外)®低滲感受器(細胞膜)®鈣信號(胞內)”信號途徑除揭示了生殖細胞花粉粒萌發機理外，還對理解營養組織中細胞擴展分子機製具有重要意義。滲透感受器OSCA基因家族1起源於原生生物(protists)進化過程，它們在維持細胞形狀和彭壓方麵發揮作用。特別是植物OSCA基因家族的擴張和進化伴隨著植物從水到陸地的轉變，其在植物響應水分變化中起著重要作用。

　　近年來，隨著全球氣候變化，極端天氣(幹旱和洪澇)災害發生頻率及危害程度逐年增加。2023年，我國由洪澇和幹旱等災害造成的農作物受災麵積10539.3千公頃，直接經濟損失3454.5億元。農作物抗旱和耐澇機理的複雜性，利用傳統育種方法提高植物的抗旱性困難重重，迄今為止，還未能找到可以有效提高農作物幹旱和澇脅迫能力的方法。該研究成果為研究農作物如何利用有效水分，增強水脅迫抗性(抗旱和耐澇)提供了重要的基因資源;也為揭示植物適應全球環境變化的生理生態效應及分子機製提供重要的理論依據，對提升我國糧食和生態安全具有重大意義。