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2026年6月3日，我院宋文团队与中国科学院遗传发育所许操团队合作在国际学术期刊 《自然》 （Nature）发表题为 《低温诱导的小肽信号保障花粉低温韧性和作物产量》（Cold-induced peptide signalling secures pollen resilience and crop yield）的研究论文。该研究发现了首个花粉发育低温感知与逆境韧性调控的小肽信号RGF，揭示了花粉中存在“低温-小肽-受体-钙离子通道”的信号通路来维持作物花粉发育低温韧性的分子机制，并阐明了该小肽基因在冷害减损，保障作物产量和设计育种中的重要应用潜力。Nature同期以Research Briefing的形式对该工作进行了题为 《“隐藏英雄”小肽保护作物免受突如其来的寒潮侵袭》 （‘Hidden hero’ peptides guard crops against sudden cold）的报道。

全球气候变化造成极端天气事件频发，温度剧烈波动给农业生产造成很大影响。尤其是农作物进入花期后，突如其来的“倒春寒”、“早霜冻”、“寒露风” 等低温冷害，会造成作物不可逆的花粉败育。作物花期冷害常导致全球作物遭遇大面积受精障碍与结实率下降，平均减产幅度在20%至60%之间，每年给全球农业生产造成的直接经济损失高达数十亿美元。

为了鉴定调控作物花期耐冷的关键基因，研究团队选定番茄作为研究模式，通过实验室温控环境与早春、越冬大棚，露天大田等多种农业生产环境相结合筛选验证，综合运用多组学、生物化学、人工智能和基因编辑等技术手段，在番茄基因组中鉴定到了一个功能未被注释的小肽基因，它编码一个RGF分泌小肽，其活性形式为仅含有13个氨基酸的短肽。该基因在正常温度环境下几乎不表达，其功能缺失突变正常温度下对番茄的生长发育没有可见影响，产量与野生型无显著差异。然而一旦遭遇低温胁迫，该小肽基因在花粉发育的关键阶段“四分体时期”的花药绒毡层细胞中被显著激活，表达水平急剧升高。这种只在遭受环境胁迫而特异表达的特殊模式，可能是导致该基因功能一直未被发现的原因，同时也暗示了该基因在调控植物抵御低温胁迫的独特功能。

进一步研究揭示，低温诱导表达的RGF小肽通过分泌到细胞外，被花药细胞膜表面受体激酶SlRGFR6和共受体SlSERK识别并形成受体复合体，该复合体随即磷酸化激活细胞膜上的环核苷酸门控离子通道SlCNGC16/18，引发细胞内钙离子浓度快速升高，这一钙信号精确地调控了花药绒毡层的细胞程序性死亡（PCD）进程。绒毡层是花药最内层细胞，直接为花粉形成提供必需的营养和能量。在花药发育后 期，绒毡层会主动发生细胞程序性死亡而降解，从而为花粉提供发育空间并释放花粉发育所需能量和营养物质。而低温胁迫会造成绒毡层降解延迟而导致花粉败育。因此，植物特异响应低温胁迫表达RGF小肽信号，确保了绒毡层在恰当的时间点按时降解，有效避免了低温胁迫造成的绒毡层降解延迟所导致的花粉败育。这一“低温-小肽-受体-钙离子通道”的信号通路的发现，阐释了植物在面临不可预测的短期冷害时，能通过自身“按需抗逆”实现精准高效的局部防御。

图1. RGF小肽响应低温胁迫激活钙离子通道维持花粉低温韧性的机制

   研究团队针对这一重要发现进行了作物改良。多年多点多品种测产表明，适当调控RGF小肽的表达，在番茄中可挽回33.9%-52.2%的低温冷害引起的产量损失。令人惊喜的是，响应低温胁迫的RGF小肽信号通路在双子叶和单子叶植物中都保守，调控水稻中RGF小肽同源基因的表达可增强花粉低温韧性，在当前主栽高产商业化水稻品种仍可挽回18%左右的低温冷害引起的产量损失。该研究也为未来拓展应用于大豆、玉米等不同的冷害减损的作物改良提供了新的策略。

图2. 改良 RGF小肽基因保障低温胁迫下的作物产量

中国科学院遗传发育所、种子创新全国重点实验室的许操研究员和中国农业大学、植物抗逆高效全国重点实验室的宋文教授为该论文的共同通讯作者。中国科学院遗传发育所博士后陈树栋为该论文第一作者，工程师邹玉盼、博士研究生崔桓硕、董庆丰、博士后杨丹丹、副研究员黄小珍对该研究做出了重要贡献。中国科学院遗传发育所植物激素创新平台的褚金芳研究员和团队的工程师程淑静、辛培勇在小肽鉴定分析中做出重要贡献，遗传发育所仪器平台工程师田彦宝、牟金叶对该研究提供了重要支持。该研究得到国家自然基金委基础科学中心项目，杰出青年基金项目资金，中国农业大学启动资金，植物抗逆高效全国重点实验室基金和海外优秀青年基金项目支持。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10603-7