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26日，《自然》發(fā)表中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)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(yīng)蛋白（NLA）在低溫響應(yīng)與磷吸收調(diào)控中的核心樞紐作用。研究進一步結(jié)合人工智能輔助的蛋白設(shè)計與基因編輯技術(shù)，實現(xiàn)了玉米氮限制適應(yīng)蛋白功能的定向優(yōu)化與精準重塑。

既往研究主要關(guān)注植物結(jié)構(gòu)域蛋白SPX作為細胞內(nèi)磷水平感應(yīng)器的核心功能，系統(tǒng)解析了其在磷饑餓響應(yīng)中的調(diào)控機制。然而，SPX家族是否參與低溫脅迫響應(yīng)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(guān)系的深入理解。

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

“在低溫條件下，氮限制適應(yīng)蛋白在體內(nèi)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(dǎo)的低溫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而提高玉米耐冷性；另一方面，氮限制適應(yīng)蛋白依賴其SPX結(jié)構(gòu)域?qū)〈级嗔姿岬母兄芰?，識別并泛素化降解磷轉(zhuǎn)運蛋白PT4，抑制根系對磷的吸收?！睏钍缛A說。

這一發(fā)現(xiàn)揭示，作為分子樞紐，氮限制適應(yīng)蛋白在增強耐冷性的同時限制磷吸收，其“雙向調(diào)控”機制在分子層面解釋了低溫環(huán)境下耐冷性與磷吸收效率相互制約的內(nèi)在原因，為破解性狀權(quán)衡提供了關(guān)鍵突破口。

《自然》同期邀請華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授嚴建兵與崖州灣國家實驗室青年科學(xué)家劉杰共同撰寫評述文章。評述指出，該研究通過對關(guān)鍵調(diào)控蛋白進行人工智能輔助設(shè)計與功能重塑，成功破解了作物復(fù)雜性狀間的經(jīng)典權(quán)衡，被視為分子機制解析與精準設(shè)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(yōu)化邁向系統(tǒng)性環(huán)境適應(yīng)設(shè)計提供了新的理論框架與技術(shù)路徑。

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)供圖）

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