摘要：植物在生长过程中常遭受干旱和土壤盐渍化引发的渗透胁迫，严重影响其生长发育并威胁农业生产。渗透胁迫会驱动水分跨膜流动，导致细胞形态和生理状态发生快速变化。多种环境刺激均可触发植物细胞的钙信号响应，其中胞质钙离子的精准清除是形成特定刺激钙信号特征的关键。尽管目前已
植物在生长过程中常遭受干旱和土壤盐渍化引发的渗透胁迫，严重影响其生长发育并威胁农业生产。渗透胁迫会驱动水分跨膜流动，导致细胞形态和生理状态发生快速变化。多种环境刺激均可触发植物细胞的钙信号响应，其中胞质钙离子的精准清除是形成特定刺激钙信号特征的关键。尽管目前已发现多个钙通道和钙转运蛋白参与渗透诱导的钙信号调控或钙稳态维持，但其在细胞渗透响应中的分子机制仍存在诸多未解环节，尤其是钙转运蛋白在该信号通路中的具体功能尚不明确，且这一过程在农作物中的调控机制仍知之甚少。
近日，JIPB在线发表了来自湖南文理学院郝小花课题组与湖南师范大学生命科学学院李东屏教授团队题为"The rice cation/calcium exchanger OsCCX2 is involved in calcium signal clearance and osmotic tolerance"的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70029)。该研究揭示了水稻中阳离子/钙交换蛋白OsCCX2参与渗透胁迫诱导的钙信号清除调控水稻干旱耐性的机制 (图1)。该研究瞄准了钙信号动态过程中一个被长期忽视的环节——“钙信号清除” (CaSC)，解析了CaSC对耐旱的重要性——不仅是钙信号的“复位”，更是生理调节正确“执行”的重要步骤。
图1. OsCCX2缺失导致渗透诱导的钙信号清除延迟
该研究利用两种钙离子指示剂Aequorin和GCaMP6s，发现在高渗胁迫下，OsCCX2缺失突变体的根部和保卫细胞中的钙信号清除较野生型显著延迟；高渗胁迫引发的钠、钾和氯离子内流显著减少，导致细胞渗透压和水势 (Ψ) 的调节幅度明显小于外界高渗环境，细胞水分平衡难以维持，产生严重的质壁分离 (图2)。植株的ABA含量及保卫细胞对渗透胁迫的响应均发生异常，突变体在高渗胁迫下叶片失水更快。此外，OsCCX2缺失改变了渗透响应关键基因的表达模式，但不影响其转录激活。这些变化最终导致突变体对高渗胁迫的耐受性降低，在干旱条件下具有更高的死亡率，说明钙信号的清除是主动生理调节的一部分，将细胞信号事件与植株的整体生理适应性联系起来。图2. 细胞的渗透调节能力改变，水分平衡被打破
该研究揭示了水稻阳离子/钙交换蛋白OsCCX2在钙信号动态调控，特别是钙信号清除过程中的关键作用，首次将钙信号的清除 (CaSC) 与离子的跨膜运输、渗透调节和水势维持直接联系起来。揭示了OsCCX2通过介导Na⁺/Ca²⁺交换，在清除钙信号的同时，主动参与细胞渗透压的调节。为理解植物钙信号生物学提供了新的见解，证明钙信号的“终止”并非一个被动的过程，而是一个主动的、具有重要生理功能的调节事件。研究结果不仅拓展了对植物细胞高渗胁迫应答机制的认识，还为作物耐旱性状的遗传改良提供了潜在的分子靶点。
湖南师范大学生命科学学院李东屏教授和田连福校聘副教授为本文的通讯作者，湖南文理学院郝小花副教授和在站博士后赵新杰为论文共同第一作者，湖南师范大学讲师黄骊群、博士生谢子靖、李少庄、吴莎、硕士生金新州参与了该工作。首都师范大学李乐攻教授、河南大学白玲教授、王棚涛副教授对该研究提供了指导和帮助。该研究得到国家自然科学基金、湖南省自然科学基金的资助。
文章引用：
Hao, X., Zhao, X., Xie, Z., Jin, X., Li, S., Wu, S., Huang, L., Tian,L., and Li, D. (2025). The rice cation/calcium exchanger OsCCX2 is involved in calcium signal clearance and osmotic tolerance.J. Integr. Plant Biol.https://doi.org/10.1111/jipb.70029
来源：弱电乡村
