四川農大發(fā)表最新Nature論文

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

生物膜由一種稱為磷脂的分子雙層結構構成，生物膜的剛性取決于其脂質組成和溫度——低溫會使膜變得更加僵硬，而高溫則會導致膜過度流動化并變得不穩(wěn)定。

頻繁發(fā)生的極端高溫事件正日益威脅著農業(yè)生產力和全球糧食安全。極端高溫引起的熱應激會引發(fā)細胞的快速紊亂，其中質膜過度流動化（Plasma Membrane Hyperfluidization）尤為有害。這種過度流動化會破壞膜的完整性，導致離子泄漏，并可能引發(fā)細胞死亡。因此，細胞必須迅速對抗熱脅迫引起的質膜過度流動化，以防止膜損傷，然而，細胞如何實現(xiàn)這種早期保護機制，目前仍然未知。

2026 年 7 月 1 日，四川農業(yè)大學水稻研究所欽鵬/李仕貴團隊聯(lián)合中國科學技術大學生命科學與醫(yī)學部向成斌團隊，在國際頂尖學術期刊Nature上發(fā)表了題為：Heat-triggered phospholipid flipping stabilizes plasma membrane fluidity 的研究論文。

該研究發(fā)現(xiàn)，水稻質膜定位的 P4-ATPaseOsALA5與其 β 亞基 OsALIS2 形成功能復合體，可在高溫條件下選擇性促進飽和磷脂酰膽堿（Phosphatidylcholine，PC）在質膜雙層中的重新分布，從而快速穩(wěn)定質膜流動性并增強水稻耐熱性。該研究還挖掘到了高溫下具有穩(wěn)產效應的 OsALA5 稀有單倍型，為耐高溫水稻分子設計育種提供了新的遺傳資源。

為減輕熱損傷，生物進化出調控膜磷脂飽和度的策略，從而將膜流動性維持在有利于生物活性的范圍內。由于飽和脂肪酸能夠緊密排列，因此會降低磷脂雙分子層的膜流動性，這一現(xiàn)象在細菌、古菌和真核生物中均有發(fā)現(xiàn)。

P4-ATPase是一類跨膜蛋白，能夠將特定的磷脂從質膜的外小葉轉運至細胞質小葉，從而在真核細胞膜中生成并維持脂質不對稱性。結構上，P4-ATPase通常與 CDC50 家族的 β 亞基形成異二聚體，以促進蛋白質折疊并組裝成具有功能活性的 P4-ATPase 復合物。之前的研究表明，P4-ATPase 參與了植物對高溫的響應。

在這項最新研究中，研究團隊發(fā)現(xiàn)，在水稻中，P4-ATPaseOsALA5與其 β 亞基OsALIS2共同介導對熱響應的飽和磷脂酰膽堿翻轉，從而快速穩(wěn)定質膜流動性。

利用小葉分辨脂質組學和互補轉運實驗，研究團隊證明了熱暴露可在分鐘級別的時間尺度上誘導 OsALA5 轉運活性的變化，導致飽和磷脂酰膽堿在質膜細胞質小葉（質膜磷脂雙分子層中靠近細胞質一側的單層脂質結構）中選擇性富集。這種由 OsALA5 介導的飽和磷脂酰膽堿翻轉可防止熱脅迫下的質膜過度流動化，從而減輕離子泄漏和細胞死亡。

研究團隊對擬南芥和酵母中 OsALA5 直系同源物的分析支持了在一類定位于質膜、轉運磷脂酰膽堿的 P4-ATPase 中，存在一種快速熱相關反應的保守功能。

研究團隊進一步在多年度、多地點的田間試驗中鑒定出一個罕見的 OsALA5 單倍型 Hap7，該單倍型兼具耐熱性和產量穩(wěn)定性。具體來說，OsALA5Hap7 的近等基因系在苗期高溫處理下的存活率比對照提高 41.97%；在抽穗期高溫處理下，其結實率提高 164.33%。在 2024、2025 年成都、重慶、長沙三地田間試驗中，其表現(xiàn)出更好的高溫穩(wěn)產能力，尤其是在高溫脅迫最強的長沙，其結實率分別提高 47.19% 和 61.59%，顯示出良好的育種利用潛力。

總的來說，該研究除了發(fā)現(xiàn)這種由 P4-ATPase 介導的響應熱脅迫的飽和磷脂酰膽堿翻轉機制，以及提供推動耐高溫作物育種改良的遺傳資源外，還揭示了細胞如何在比已知的轉錄依賴性脂質重塑響應更早的階段，對抗熱脅迫驅動的質膜過度流動化。

值得一提的是，Nature期刊同期發(fā)表了題為：Plant membranes shuffle lipids around to stay firm under heat stress 評論文章。

文章指出，為了應對溫度波動，細胞可以調節(jié)膜的脂質組成，但膜如何感知溫度變化并迅速調整自身特性，一直是科學家們困惑的問題。欽鵬/李仕貴團隊等發(fā)現(xiàn)了水稻中的一種膜蛋白OsALA5，它對水稻耐熱能力至關重要，并揭示了該蛋白在高溫下維持膜特性的分子機制。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10726-x