原题：他们“沉默”10年，攻克35年未解决的难题。
中国科学新闻记者 王昊昊
在《自然》之后的两个月里，远方越来越忙。除了日常研究，她还继续与相关研究机构进行深入交流，希望将研究成果应用到更多领域。
这是10年后远方取得的重要成就。在过去的10年里，虽然远方团队没有取得特别重要的成就，但研究正在深入。“我们正在努力推出新的东西，但越深入越难，取得重大成就的周期越长。”
低渗透，即当水分增加时，植物细胞中的钙信号会增加。早在35年前，科学家就观察到了这一现象，并推测这是由低渗透压感应机制引起的，但他们从未知道机制背后的钙信号增强是“谁干的”。
湖南农业大学教授邹学校科研团队中国工程院院士、教授远方和刘峰研究小组发现，当水分增加时，OSCA2.1和OSCA2.2会迅速感知到外界丰富的水分，增强胞质中的钙信号，从而做出防御等反应。可以说，它们是植物周围多水环境下钙离子浓度增加的“开关”。
三十五年未解之谜“假设”
人之所以能看到东西，感受冷热，是因为体内有光、温度等传感器。植物和人类一样，它们的根、茎等部位也有很多传感器，在感受外部环境变化和做出相应调整的过程中起着重要的作用。
远处(右边)和团队成员观察植物生长的实验。王昊昊/摄影师
随着全球气候的变暖，缺水对植被和农作物的影响会越来越严重。陆地植物是从水生祖先进化而来的。它们成功克服了两个看似不可逾越的障碍，即缺水和水分波动，适应了陆地环境。
“动物和植物都有感受器，但强度不同。例如，小麦中有40多个基因感受到干旱和多水，而小狗和其他哺乳动物只有几个相似的基因。”远远地说，这是由他们的生活环境决定的。动物可以跑步，植物生长在一个固定的地方。
高等植物在陆地缺水和水分波动中生存，防止脱水和过渡吸水。早在35年前，一些科学家就将低渗透压诱导的钙信号增强推测为低渗透压感应机制，但其分子基础尚不清楚。
“长期以来，业界一直假设细胞质钙离子浓度的增加是在再水合过程中感知到的低渗透压。一般来说，当植物周围的水分增加时，其体内的钙离子浓度就会增加。但是业内还没有搞清楚为什么钙信号增强了，是谁干的。”远方说。
钙离子是植物生长发育和逆境反应的核心控制因素。当植物感受到外部环境的变化时，就会产生钙信号，从而激活下游相应的机制。
“钙信号是最上游的，反应最快。就像通信兵一样，它向后传递前方的‘战况’，然后撤离。最快的钙信号在两秒钟内开始，三分钟后结束。我们想知道环境变化后最上游发生了什么。上游基因感受到钙信号后，可能会影响下游几十个甚至上百个防御基因，进而增强抗性，这对植物育种等研究至关重要。”远远地说。
找出增加钙离子浓度的“开关”
在美国杜克大学教授裴真明从事博士后研究时，对远方植物钙信号进行了研究。
陆生植物和所有生物一样，必须监测它们在环境中可以利用多少水来控制它们的生长和发育。深入研究植物感受器，不仅可以真正了解植物对水的需求，还可以借助感受器在育种上取得新的突破。
“植物本来就有很多传感器，可以很好的应用，但是我们不知道它的原理，也不能用它来改善作物来提高抗性。如果发现这些植物传感器，可以在植物逆境中的关键生命周期进行改造，具有很大的应用前景。”这是远程开展植物传感器研究的重要原因。
近期研究中，远方等人发现了植物多水感受器，阐述了渗透感受器所依赖的花粉萌发过程中钙震荡的调节机制。
“我们终于想通了为什么植物在多水环境中钙离子浓度增加了。”远处说，关键是找到了两个基因，它们可以感受到多水环境，这是植物周围多水环境中钙离子浓度增加的“开关”。
她解释说，高温、低温、干旱等外部环境就像第一信使。当OSCA2.1和OSCA2.2感受到外部多水环境时，第一信使会立即传递给植物细胞。这个信号就像第二信使一样。细胞识别第二信使后，第一信使的信息会立即传递给细胞下游，影响其基因表达，并告诉他们“该工作了”。
聪明的植物在逆境中产生品质。
在“获得”第一信使的“信件”之后，第二信使的具体反应是什么？
研究发现，许多钙信号经常在短时间内消失。“从外部环境的变化到第二封信，最快的时间只有两秒钟就能收到这种变化信息。”远远地说。
为什么信使不多待一会儿，给下游基因更多的反应时间？远处，植物中不同的基因各司其职，钙信号传递信息后，回去“睡觉”，但这不是因为它懒惰，而是因为它的生存需求。如果钙信号传递信息后不返回，细胞质中的钙离子浓度过高，会产生毒性，不撤离就是自杀。
在远处，我们举了一个种子发芽的例子。当种子发芽时，温度、水分、位置等因素必须适当，这是种子发芽的关键因素。没有回头路。一旦种子发芽，它们就会生存，否则它们就无法繁殖下一代。这就要求种子首先能感受到外界的温度和水分环境，发芽后根据外界环境的变化调整自己对水分的需求。
如果持续干旱，植物会提高自身细胞的渗透压，减少对水的需求。同时，一些渗透调节物质，如多糖和离子，会在细胞质中产生，从而增强自身的保水能力。
"逆境产生质量。"远方说，为什么水果在干旱时会更甜，因为它在锁水过程中会不断产生多糖、离子、氨基酸等渗透调节物质。夏天多雨的时候，水会不断渗入植物。这时，它需要不断排出体内的多糖、离子和氨基酸，否则细胞会膨胀到破裂。它还解释了为什么香瓜、甜瓜在夏季多雨时会裂开。总而言之，当外部环境超过一定极限时，植物内部控制系统就会崩溃。
"生物学太聪明了."随着对植物钙信号的深入研究，远处可以感受到生物的力量。
继续以“挖掘精神”研究小领域
为什麽要研究一个35年没有答案的科学难题？远方认为是团队的“挖掘精神”支撑。
在她看来，科学研究就像挖掘一样。挖出最好的“原矿”很重要，更重要的是把“原矿”打磨成最漂亮的“宝石”，即发现科学现象背后的机制和关键作用。
多年来，远方的团队一直默默无闻地研究影响钙信号的植物传感器。“植物传感器是一个非常广泛的概念，但我们从一开始就专注于影响钙信号的植物传感器这个小领域，因为我一直认为上游传感器会影响全身，更重要的是找出它的原理，研究生物育种。”远方说。
“展望未来，我们构思将一系列研究成果与园艺、水果和作物相结合，找出干旱、多水等不同植物的相应感应机制。”远方说:“这些研究的战线只会更长。即使我们这一代人享受不到研究成果，我们仍然会努力做研究，尽快实现这些科学想法。”
来源：中国科学报
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