PNAS：如何帮助西红柿抵御高温呢

布朗大学的生物学家发现了使某些类型的西红柿更耐热的原因，从而产生了有助于作物适应气候变化的见解。

　　

通过研究在异常炎热的生长季节结出果实的番茄品种，布朗大学的生物学家确定了番茄最易受极端高温影响的生长周期阶段，以及使植物更耐热的分子机制。

研究人员在《当代生物学》的一项研究中详细介绍了这一发现，它可以为在气候不稳定的情况下保护食物供应提供关键策略。该研究指出，农业生产力特别容易受到气候变化的影响，预计气温每升高1摄氏度，农作物产量就会减少2.5%至16%。

研究报告的作者、布朗大学分子生物学、细胞生物学和生物化学助理研究员Sorel V. Yimga Ouonkap解释说，科学家们从进化中吸取了一些经验教训，以试验如何最好地加快番茄植物品种的适应过程。要等待进化淘汰像亨氏这样脆弱的番茄品种，让那些能够应对极端高温的品种成为可能，还需要很长时间。这一过程也可能危及那些使脆弱作物具有商业价值的品质。

Ouonkap说：“我们正试图弄清楚分子和细胞水平上的温度调节，并确定我们需要改进的地方和地方，这样我们就可以针对那些商业植物品种，保护它们的一切，除了这一点，使它们容易受到极端高温的影响。”“随着时间的推移，随着生长条件的不断变化，你可以开始积累不同的抗性机制。”

该研究的作者、布朗大学的生物学教授马克·约翰逊说，了解植物的耐热性，即植物承受极端温度的能力，是解决气候适应问题的一个很有希望的策略。

约翰逊说：“想象一下，如果你能让亨氏番茄在不影响味道或人们品尝番茄的方式的情况下，更能适应温度压力。”“这将是一个很大的优势。”

植物繁殖：一个成熟的研究领域

多年来，植物繁殖阶段一直是约翰逊实验室研究的重点。约翰逊说，虽然科学文献包括对热胁迫如何影响植物生长或关键生殖结构发育的研究，但缺乏专门研究植物繁殖过程中花粉落在柱头上后发生的事情的工作。

Ouonkap的论文项目主要研究植物生殖周期的花粉管生长期。他研究了不同品种的番茄，这些番茄以能在异常炎热的生长季节结出果实而闻名。研究中的番茄品种原产于菲律宾、俄罗斯和墨西哥，都是在布朗大学的植物环境中心种植的。

Ouonkap与亚利桑那大学的科学家合作，研究了热应激如何影响花粉在番茄植株花朵中的生长能力。他关注的是，当在最佳温室条件下生长的植物产生的番茄花粉在培养皿中暴露在高温下时，基因表达是如何变化的。

该团队在亚利桑那州的合作伙伴发现，仅在花粉管生长阶段暴露在高温下，对热敏感的番茄品种的果实和种子产量的限制比耐热的番茄品种更明显。重要的是，Ouonkap发现，来自塔毛利帕斯番茄品种的花粉管，已知是耐热的，在高温下可以促进生长。他对这些番茄花粉管的分子分析使研究小组能够确定与耐热性相关的机制。

研究人员说，西红柿是进行这类研究的理想生物。不同物种适应各种极端气候的能力，让科学家们深入了解物种对环境条件的反应是如何变化的。西红柿也是世界各国重要的经济作物，从地中海到埃及，从土耳其到加利福尼亚，其中一些国家最容易受到极端高温的影响。

现在确定了正确的分子机制，下一步将是确定使番茄在不同气候下生长的具体技术。约翰逊解释说，在一种假设的情况下，科学家可能会开发出一种小分子，可以使植物中的花粉能够抵御热浪。

他说：“当天气预报显示花粉管生长阶段有两周的高温时，农民就会给植物施用一种产品，这种产品可以改变基因表达，使花粉能够适应高温。”

虽然这种类型的操作在未来还很遥远，但研究人员表示，这一研究领域的探索时机已经成熟。

本项目由美国国家科学基金会（IOS-1939255）资助，美国农业部国家食品与农业研究所（2020-67013-30907,2024-67012-41882）和美国国立卫生研究院（5R35GM139609, PI AEL）也提供了额外支持