中國農(nóng)大發(fā)表最新Nature論文

編輯丨王多魚

排版丨水成文

冷脅迫（Cold Stress）限制植物生長和無機(jī)磷吸收，降低產(chǎn)量并增加對(duì)肥料的需求。提高作物耐寒性和磷利用效率，對(duì)于可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)至關(guān)重要。

2026 年 2 月 25 日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)楊淑華教授、施怡婷教授作為共同通訊作者（廖歡為論文第一作者）， 在Nature期刊發(fā)表了題為：Rewiring an E3 ligase enhances cold resilience and phosphate use in maize 的研究論文

該研究系統(tǒng)揭示了玉米中的關(guān)鍵 E3 泛素連接酶NLA在低溫響應(yīng)與磷吸收調(diào)控中的核心樞紐作用，闡明了其在協(xié)調(diào)逆境適應(yīng)與養(yǎng)分利用中的關(guān)鍵分子機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步結(jié)合 AI 輔助蛋白設(shè)計(jì)與基因編輯技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了 NLA 蛋白功能的定向優(yōu)化與精準(zhǔn)重塑，成功解耦了作物耐寒性與磷吸收的負(fù)相關(guān)，創(chuàng)制出兼具強(qiáng)耐寒性和高磷利用效率的新型玉米種質(zhì)，有效提升了低溫脅迫下的產(chǎn)量表現(xiàn)。

這項(xiàng)研究標(biāo)志著我國在作物復(fù)雜性狀協(xié)同調(diào)控機(jī)制解析與智能設(shè)計(jì)育種領(lǐng)域取得重大進(jìn)展，為在氣候變化背景下實(shí)現(xiàn)糧食穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)與資源高效利用提供了堅(jiān)實(shí)的理論支撐。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)鑒定出含 SPX 結(jié)構(gòu)域的 E3 泛素連接酶NLA作為玉米中連接低溫信號(hào)與磷穩(wěn)態(tài)調(diào)控的核心因子。

在低溫條件下，NLA通過促進(jìn)轉(zhuǎn)錄抑制因子 JAZ11 的降解，激活茉莉酸信號(hào)通路以增強(qiáng)耐寒性；但同時(shí)通過肌醇多磷酸依賴的磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 PT4 泛素化，抑制磷吸收。基于泛素化組學(xué)的全基因組關(guān)聯(lián)分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，天然突變體 PT4（K267A，賴氨酸到丙氨酸的替換）能夠減弱 NLA 介導(dǎo)的降解作用，提升低溫條件下的磷吸收能力。

為克服這種營養(yǎng)-脅迫平衡難題，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步結(jié)合AlphaFold3結(jié)構(gòu)預(yù)測和分子對(duì)接分析，精準(zhǔn)定位 SPX 結(jié)構(gòu)域中負(fù)責(zé)感知肌醇多磷酸的關(guān)鍵區(qū)域，進(jìn)而利用 CRISPR-Cas9 基因編輯技術(shù)在

NLA

在多地點(diǎn)田間試驗(yàn)中，Δ12 修飾展現(xiàn)出增強(qiáng)的耐寒性、更高磷利用效率和增產(chǎn)效果，實(shí)現(xiàn)了“保留抗寒、解除限磷”的功能解耦，在分子層面破解了長期存在的性狀權(quán)衡難題，體現(xiàn)了AI 輔助蛋白設(shè)計(jì)與精準(zhǔn)基因編輯技術(shù)在復(fù)雜性狀改良中的巨大潛力。

NLA 及其新變體 NLAΔ12調(diào)控玉米耐寒性、磷吸收效率和產(chǎn)量穩(wěn)定性工作模型

總的來說，該研究揭示了可調(diào)控的 SPX 模塊整合環(huán)境與營養(yǎng)信號(hào)的分子機(jī)制，為設(shè)計(jì)氣候適應(yīng)性強(qiáng)、養(yǎng)分高效的作物提供了分子框架。

值得一提的是，Nature期刊同期邀請(qǐng)了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)嚴(yán)建兵教授和崖州灣國家實(shí)驗(yàn)室青年科學(xué)家劉杰共同撰寫了題為：Protein engineering fixes a major crop trade-off 的專題亮點(diǎn)評(píng)述文章。

文章指出，該研究通過對(duì)關(guān)鍵調(diào)控蛋白進(jìn)行 AI 輔助設(shè)計(jì)與功能重塑，成功破解了作物復(fù)雜性狀間的經(jīng)典權(quán)衡，被視為分子機(jī)制解析與精準(zhǔn)設(shè)計(jì)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(yōu)化邁向系統(tǒng)性環(huán)境適應(yīng)設(shè)計(jì)提供了新的理論框架與技術(shù)路徑。文章進(jìn)一步展望了其應(yīng)用前景，認(rèn)為這種解耦冷耐受與磷吸收的“一石二鳥（two-in-one）”策略，有望拓展至其他關(guān)鍵營養(yǎng)元素（例如氮）的高效利用調(diào)控，對(duì)培育適應(yīng)氣候變化背景下多重脅迫環(huán)境的作物新品種具有重要意義。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10142-1