我國科學家揭示玉米耐冷與磷吸收“雙向調控”機制

26日，《自然》發表中國農業大學生物學院植物抗逆高效全國重點實驗室楊淑華和施怡婷教授團隊的最新成果。該成果揭示了玉米中氮限制適應蛋白（NLA）在低溫響應與磷吸收調控中的核心樞紐作用。研究進一步結合人工智能輔助的蛋白設計與基因編輯技術，實現了玉米氮限制適應蛋白功能的定向優化與精準重塑。

中國農業大學供圖

既往研究主要關注植物結構域蛋白SPX作為細胞內磷水平感應器的核心功能，系統解析了其在磷饑餓響應中的調控機制。然而，SPX家族是否參與低溫脅迫響應及其分子機制，長期以來尚不明確，這一認知空白限制了對“冷–磷”互作關系的深入理解。

共同通訊作者楊淑華介紹，圍繞這一關鍵問題，研究團隊系統篩選玉米SPX家族成員，最終鎖定關鍵調控因子氮限制適應蛋白，并證實SPX家族蛋白在植物低溫響應中扮演著全新角色。研究發現，氮限制適應蛋白如同一個“分流閥門”，整合調控茉莉酸（JA）信號通路與磷酸鹽轉運過程。

“在低溫條件下，氮限制適應蛋白在體內積累，一方面通過泛素化降解茉莉酸信號抑制因子JAZ11，激活茉莉酸介導的低溫信號轉導通路，從而提高玉米耐冷性；另一方面，氮限制適應蛋白依賴其SPX結構域對肌醇多磷酸的感知能力，識別并泛素化降解磷轉運蛋白PT4，抑制根系對磷的吸收。”楊淑華說。

這一發現揭示，作為分子樞紐，氮限制適應蛋白在增強耐冷性的同時限制磷吸收，其“雙向調控”機制在分子層面解釋了低溫環境下耐冷性與磷吸收效率相互制約的內在原因，為破解性狀權衡提供了關鍵突破口。

《自然》同期邀請華中農業大學教授嚴建兵與崖州灣國家實驗室青年科學家劉杰共同撰寫評述文章。評述指出，該研究通過對關鍵調控蛋白進行人工智能輔助設計與功能重塑，成功破解了作物復雜性狀間的經典權衡，被視為分子機制解析與精準設計育種深度融合的代表性范例。該成果為作物改良由單一性狀優化邁向系統性環境適應設計提供了新的理論框架與技術路徑。