山东农业大学本科毕业、主持国家杰青基金,连发两篇《Cell》论文后,研究员在《Nature》再获突破进展,可挽回作物最高52%冷害损失
- 2026-06-27 18:55:06
近日，中科院遗传发育所许操研究员团队在国际顶尖学术期刊《Nature》上发表了题为《Cold-induced peptide signalling secures pollen resilience and crop yield》的最新研究成果。该研究首次鉴定出花粉发育过程中感知低温并调控逆境韧性的小肽信号RGF，系统解析了“低温-小肽-受体-钙离子通道”这一全新信号通路维持花粉低温韧性的分子机制，并证实了该小肽基因在冷害减损、稳产保供及设计育种中的巨大应用潜力。《Nature》杂志同期以Research Briefing形式，将其誉为“隐藏英雄”小肽保护作物免受寒潮侵袭的重要发现。点击阅读该团队相关研究成果：
山东农业大学本科毕业、入选国家海外人才引进计划、获“杰青”，在《Cell》“梅开二度”，1年完成5年工作、同步提升番茄风味与抗逆
近年来，全球气候变化导致极端天气频发，剧烈的温度波动给农业生产带来严峻挑战。特别是在农作物花期，突如其来的“倒春寒”“早霜冻”“寒露风”等低温冷害往往会造成不可逆的花粉败育，引发大面积受精障碍和结实率骤降。据统计，此类冷害可导致全球主粮作物平均减产20%至60%，每年造成的直接经济损失高达数十亿美元，严重威胁粮食安全。
为寻找调控作物花期耐冷的关键基因，研究团队以番茄为模式植物，将实验室精准温控与早春大棚、越冬大棚及露天大田等真实农业生境相结合，综合运用多组学、生物化学、人工智能及基因编辑等前沿技术，从番茄基因组中挖掘出一个长期未被注释功能的小肽基因。该基因编码一种仅含13个氨基酸的RGF分泌小肽。有趣的是，在正常温度下该基因几乎不表达，其功能缺失突变体在常温下的生长发育和产量与野生型无异；但一旦遭遇低温胁迫，该基因便会在花粉发育关键的“四分体时期”于花药绒毡层细胞中被强烈激活，表达量急剧攀升。这种“平时静默、冷时爆发”的特异表达模式，不仅解释了其功能长期被掩盖的原因，也暗示了它在植物抵御短期低温胁迫中的独特作用。
机制研究进一步表明，低温诱导产生的RGF小肽分泌至细胞外后，会被花药细胞膜表面的受体激酶SlRGFR6及共受体SlSERK识别并结合，形成受体复合体。该复合体随即磷酸化激活膜上的环核苷酸门控离子通道SlCNGC16/18，触发细胞内钙离子浓度快速升高。这一钙信号精准调控了花药绒毡层的程序性死亡（PCD）进程。绒毡层作为花药最内层细胞，负责为花粉发育提供关键营养和能量，并在后期通过程序性死亡适时降解以释放养分。低温胁迫往往导致绒毡层降解延迟，进而引发花粉败育。而RGF小肽信号的介入，确保了绒毡层在低温下仍能按时降解，从而保障了花粉的正常发育。这一通路的发现，揭示了植物在面对不可预测的短期冷害时，如何通过“按需抗逆”实现精准、高效的局部防御。
基于这一重要发现，研究团队开展了作物改良实践。多年、多点、多品种的大田测产结果显示，通过适当调控RGF小肽的表达，番茄在遭遇低温冷害时可挽回33.9%至52.2%的产量损失。更为重要的是，该RGF小肽信号通路在双子叶和单子叶植物中高度保守。在水稻中上调RGF同源基因的表达，同样能显著增强花粉的低温韧性，在当前商业化主栽高产水稻品种中可挽回约18%的冷害产量损失。这为未来将该策略拓展应用于大豆、玉米等作物的冷害减损改良提供了全新的理论依据和技术路径。
该论文的共同通讯作者为中科院遗传发育所许操研究员以及中国农业大学宋文教授。中科院遗传发育所博士后陈树栋为第一作者。工程师邹玉盼、博士研究生崔桓硕、董庆丰、博士后杨丹丹、副研究员黄小珍等对研究做出了重要贡献。此外，遗传发育所植物激素创新平台褚金芳研究员及团队工程师程淑静、辛培勇在小肽鉴定分析方面提供了关键支持，遗传发育所仪器平台工程师田彦宝、牟金叶也在研究过程中给予了重要协助。
