近日，青岛农业大学杨国锋教授团队和加州大学伯克利分校栾升教授团队在Science Bulletin发表了题为“Advancing Insights into Calcium Homeostasis and Signaling in Plant Growth and Resilience”的专家评介文章。基于近些年的研究进展，文章深入探讨了钙信号的时空动态调控及其在植物抗逆性中的核心作用，并分析了新型钙通道和调控蛋白在植物生长和发育中的重要功能，最后展望了未来植物钙信号研究可能的方向，尤其是在作物改良和农业应用领域的潜在价值。
钙离子（Ca²⁺）作为植物生长和应对环境胁迫的关键营养元素，发挥着至关重要的作用。作为主要的第二信使，钙通过精确调控基因表达、代谢活动和物质运输等下游细胞反应，深刻影响植物的生理过程。钙稳态不仅是确保植物细胞正常功能的基础，还决定了植物对外部刺激的敏感性和响应能力。近年来的研究表明，钙信号的调控依赖于复杂的钙转运蛋白和信号通路，这些机制对于植物适应环境变化至关重要。钙信号的时空动态调控涉及多种钙转运蛋白和通路，它们如何精确协调以应对多样的环境变化，仍然是当前研究亟待破解的难题。未来研究需要深入探讨这些钙转运蛋白的功能及其相互作用，以实现对钙稳态的精准调控，从而更好地理解并提升植物的抗逆性和生长调节能力。
文章首先概述了钙作为关键的营养元素和信号分子在植物中的重要作用，特别是钙稳态对植物生长和环境应答的关键性。钙通过显著的细胞内外浓度梯度在细胞反应中起到核心调控作用。为避免钙过载的毒性，植物通过钙转运蛋白维持低水平的细胞质钙浓度，从而实现钙信号的特异性调控。钙稳态不仅支持植物的正常生长，还通过基因表达、代谢调节等机制帮助植物应对病原、温度变化和盐胁迫等环境挑战。
进一步，文章总结了已报道参与钙稳态和钙信号形成与维持的钙通道和钙转运蛋白。随后，结合过去五年内植物钙稳态和钙信号领域重大研究进展，详细论述了钙稳态和钙信号在植物生长与抗逆性中分子机制的新见解，并强调钙信号的精确调控不仅依赖于钙离子的升降，还依赖于其在细胞内不同亚细胞区室的分布和传递，这些钙信号的特定“时间-空间”模式被认为是植物对不同环境刺激作出精细化响应的关键。
图1 植物细胞内钙稳态和钙信号的分子研究进展
该文不仅加深了我们对钙信号调控的复杂性及其在植物生长和抗逆性中的核心作用的理解，还为未来通过基因工程或分子育种改进植物抗逆性和生产力提供了新的策略。例如，通过精准调控特定钙通道或信号调控蛋白的表达，科学家们正在尝试开发具备更强抗逆性的作物品种，以应对全球气候变化带来的农业挑战。
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https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.09.031
