上海
撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
生物膜由一种称为磷脂的分子双层结构构成，生物膜的刚性取决于其脂质组成和温度——低温会使膜变得更加僵硬，而高温则会导致膜过度流动化并变得不稳定。
频繁发生的极端高温事件正日益威胁着农业生产力和全球粮食安全。极端高温引起的热应激会引发细胞的快速紊乱，其中质膜过度流动化（Plasma Membrane Hyperfluidization）尤为有害。这种过度流动化会破坏膜的完整性，导致离子泄漏，并可能引发细胞死亡。因此，细胞必须迅速对抗热胁迫引起的质膜过度流动化，以防止膜损伤，然而，细胞如何实现这种早期保护机制，目前仍然未知。
2026 年 7 月 1 日，四川农业大学水稻研究所钦鹏/李仕贵团队联合中国科学技术大学生命科学与医学部向成斌团队，在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Heat-triggered phospholipid flipping stabilizes plasma membrane fluidity 的研究论文。
该研究发现，水稻质膜定位的 P4-ATPaseOsALA5与其 β 亚基 OsALIS2 形成功能复合体，可在高温条件下选择性促进饱和磷脂酰胆碱（Phosphatidylcholine，PC）在质膜双层中的重新分布，从而快速稳定质膜流动性并增强水稻耐热性。该研究还挖掘到了高温下具有稳产效应的 OsALA5 稀有单倍型，为耐高温水稻分子设计育种提供了新的遗传资源。
为减轻热损伤，生物进化出调控膜磷脂饱和度的策略，从而将膜流动性维持在有利于生物活性的范围内。由于饱和脂肪酸能够紧密排列，因此会降低磷脂双分子层的膜流动性，这一现象在细菌、古菌和真核生物中均有发现。
P4-ATPase是一类跨膜蛋白，能够将特定的磷脂从质膜的外小叶转运至细胞质小叶，从而在真核细胞膜中生成并维持脂质不对称性。结构上，P4-ATPase通常与 CDC50 家族的 β 亚基形成异二聚体，以促进蛋白质折叠并组装成具有功能活性的 P4-ATPase 复合物。之前的研究表明，P4-ATPase 参与了植物对高温的响应。
在这项最新研究中，研究团队发现，在水稻中，P4-ATPaseOsALA5与其 β 亚基OsALIS2共同介导对热响应的饱和磷脂酰胆碱翻转，从而快速稳定质膜流动性。
利用小叶分辨脂质组学和互补转运实验，研究团队证明了热暴露可在分钟级别的时间尺度上诱导 OsALA5 转运活性的变化，导致饱和磷脂酰胆碱在质膜细胞质小叶（质膜磷脂双分子层中靠近细胞质一侧的单层脂质结构）中选择性富集。这种由 OsALA5 介导的饱和磷脂酰胆碱翻转可防止热胁迫下的质膜过度流动化，从而减轻离子泄漏和细胞死亡。
研究团队对拟南芥和酵母中 OsALA5 直系同源物的分析支持了在一类定位于质膜、转运磷脂酰胆碱的 P4-ATPase 中，存在一种快速热相关反应的保守功能。
研究团队进一步在多年度、多地点的田间试验中鉴定出一个罕见的 OsALA5 单倍型 Hap7，该单倍型兼具耐热性和产量稳定性。具体来说，OsALA5Hap7 的近等基因系在苗期高温处理下的存活率比对照提高 41.97%；在抽穗期高温处理下，其结实率提高 164.33%。在 2024、2025 年成都、重庆、长沙三地田间试验中，其表现出更好的高温稳产能力，尤其是在高温胁迫最强的长沙，其结实率分别提高 47.19% 和 61.59%，显示出良好的育种利用潜力。
总的来说，该研究除了发现这种由 P4-ATPase 介导的响应热胁迫的饱和磷脂酰胆碱翻转机制，以及提供推动耐高温作物育种改良的遗传资源外，还揭示了细胞如何在比已知的转录依赖性脂质重塑响应更早的阶段，对抗热胁迫驱动的质膜过度流动化。
值得一提的是，Nature期刊同期发表了题为：Plant membranes shuffle lipids around to stay firm under heat stress 评论文章。
文章指出，为了应对温度波动，细胞可以调节膜的脂质组成，但膜如何感知温度变化并迅速调整自身特性，一直是科学家们困惑的问题。钦鹏/李仕贵团队等发现了水稻中的一种膜蛋白OsALA5，它对水稻耐热能力至关重要，并揭示了该蛋白在高温下维持膜特性的分子机制。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10726-x
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