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作者及发表信息

本文的主要作者包括Amith R. Devireddy、Timothy J. Tschaplinski、Gerald A. Tuskan、Wellington Muchero和Jin-Gui Chen，他们分别来自美国橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）的生物科学部门和生物能源创新中心（Center for Bioenergy Innovation）。本文于2021年8月17日发表在《International Journal of Molecular Sciences》期刊上，题为《Role of Reactive Oxygen Species and Hormones in Plant Responses to Temperature Changes》。

论文主题

本文综述了活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）和植物激素在植物应对温度变化中的角色，特别是高温和低温胁迫下的信号传导机制。文章详细探讨了ROS和激素之间的相互作用如何调控植物的转录组、代谢组和生化状态，从而促进植物的适应性和耐受性。最终，文章提出了通过调控激素和ROS信号通路来开发耐温作物的策略。

主要观点及论据

1. 温度胁迫对植物的影响

温度胁迫是影响全球农业生产的主要非生物胁迫之一。高温和低温都会对植物的生理和生化过程产生不利影响，导致植物生长受限和胁迫耐受性降低。高温胁迫会导致蛋白质变性、膜完整性丧失、细胞功能降低以及植物生长减缓，而低温胁迫则会抑制代谢酶的活性，改变基因表达，延缓植物的发育进程。全球气温的持续上升预计将进一步加剧这些问题，导致作物产量大幅下降。

支持证据：文章引用了多项研究，表明全球气温在过去二十年中持续上升，预计到2050年将上升1.0至1.7°C，到本世纪末将上升4.0至5.0°C。此外，多项研究表明，极端温度与其他非生物胁迫共同作用，导致作物平均产量减少超过50%。

2. ROS在温度胁迫中的双重角色

ROS在植物应对温度胁迫中扮演着双重角色。一方面，ROS作为信号分子，在胁迫感知和信号传导中发挥重要作用。例如，高温和低温胁迫都会触发ROS的产生，进而激活胁迫响应通路，促进植物的适应性和耐受性。另一方面，过量的ROS积累会导致氧化应激，对植物生长和胁迫耐受性产生负面影响。

支持证据：文章引用了多项研究，表明ROS在高温和低温胁迫下的信号传导机制。例如，高温胁迫会触发NADPH氧化酶（RBOHs）介导的ROS产生，而低温胁迫则通过激活钙离子通道和RBOHs来诱导ROS的生成。此外，ROS清除系统（如抗坏血酸过氧化物酶APX和超氧化物歧化酶SOD）在调节ROS水平中起着关键作用。

3. 植物激素在温度胁迫中的调控作用

植物激素在调控温度胁迫响应中起着核心作用。脱落酸（ABA）、茉莉酸（JA）、油菜素内酯（BRs）、乙烯（ET）和水杨酸（SA）等激素通过复杂的信号传导网络，调控植物的胁迫响应和适应机制。例如，ABA在高温和低温胁迫下通过激活转录因子（如HSFs和CBFs）来诱导胁迫响应基因的表达，从而增强植物的耐受性。

支持证据：文章详细讨论了ABA在高温和低温胁迫中的作用。例如，ABA通过激活SNRK2激酶和OST1来调控ICE1的稳定性，进而诱导CBF基因的表达，增强植物的低温耐受性。此外，BRs通过调控BZR1和BES1转录因子来激活热响应基因的表达，从而提高植物的高温耐受性。

4. ROS与激素的相互作用

ROS和激素信号通路在植物应对温度胁迫中紧密协调。激素可以触发ROS的产生，而ROS也可以影响激素的生物合成和分配。例如，ABA和BRs通过激活RBOHs来诱导ROS的产生，而ROS则通过反馈机制调控激素信号通路，形成信号放大环路，从而增强植物的胁迫耐受性。

支持证据：文章引用了多项研究，表明ROS和激素之间的相互作用在植物胁迫响应中的重要性。例如，ABA通过诱导ROS爆发来增强植物的高温耐受性，而BRs通过调控ROS水平来促进植物的低温耐受性。此外，ROS和激素之间的信号交叉调控在植物发育和胁迫响应中起着关键作用。

5. 通过调控激素和ROS信号通路开发耐温作物

文章提出，通过调控激素和ROS信号通路，可以开发出更具耐温性的作物品种。例如，通过基因工程手段调控ROS代谢相关基因或抗氧化酶的表达，可以提高植物对极端温度的耐受性。此外，外源施加低浓度的ROS或特定激素也可以诱导植物的胁迫耐受性。

支持证据：文章引用了多项研究，表明通过基因工程手段调控ROS代谢相关基因（如APX和SOD）的表达，可以显著提高植物的高温和低温耐受性。此外，外源施加ABA、BRs和SA等激素也被证明可以增强植物的胁迫耐受性。

论文的意义与价值

本文全面综述了ROS和植物激素在植物应对温度胁迫中的角色及其相互作用机制，为理解植物胁迫响应的分子机制提供了重要的理论依据。此外，文章提出的通过调控激素和ROS信号通路来开发耐温作物的策略，具有重要的应用价值，特别是在全球气候变化背景下，开发更具耐受性的作物品种对于保障粮食安全具有重要意义。

论文的亮点

本文的亮点在于系统性地综述了ROS和激素在植物温度胁迫响应中的双重角色及其相互作用机制，并提出了通过调控这些信号通路来开发耐温作物的具体策略。文章引用了大量最新的研究成果，为读者提供了全面的研究视角和深入的理论分析。

通过这篇综述，读者可以深入了解植物在应对温度胁迫时的复杂信号网络，并为未来的研究和作物改良提供了重要的参考依据。