玉米耐冷与磷吸收“双向调控”机制揭示

26日，《自然》发表中国农业大学生物学院植物抗逆高效全国重点实验室杨淑华和施怡婷教授团队的最新成果。该成果揭示了玉米中氮限制适应蛋白（NLA）在低温响应与磷吸收调控中的核心枢纽作用。研究进一步结合人工智能辅助的蛋白设计与基因编辑技术，实现了玉米氮限制适应蛋白功能的定向优化与精准重塑。

既往研究主要关注植物结构域蛋白SPX作为细胞内磷水平感应器的核心功能，系统解析了其在磷饥饿响应中的调控机制。然而，SPX家族是否参与低温胁迫响应及其分子机制，长期以来尚不明确，这一认知空白限制了对“冷–磷”互作关系的深入理解。

共同通讯作者杨淑华介绍，围绕这一关键问题，研究团队系统筛选玉米SPX家族成员，最终锁定关键调控因子氮限制适应蛋白，并证实SPX家族蛋白在植物低温响应中扮演着全新角色。研究发现，氮限制适应蛋白如同一个“分流阀门”，整合调控茉莉酸（JA）信号通路与磷酸盐转运过程。

“在低温条件下，氮限制适应蛋白在体内积累，一方面通过泛素化降解茉莉酸信号抑制因子JAZ11，激活茉莉酸介导的低温信号转导通路，从而提高玉米耐冷性；另一方面，氮限制适应蛋白依赖其SPX结构域对肌醇多磷酸的感知能力，识别并泛素化降解磷转运蛋白PT4，抑制根系对磷的吸收。”杨淑华说。

这一发现揭示，作为分子枢纽，氮限制适应蛋白在增强耐冷性的同时限制磷吸收，其“双向调控”机制在分子层面解释了低温环境下耐冷性与磷吸收效率相互制约的内在原因，为破解性状权衡提供了关键突破口。

《自然》同期邀请华中农业大学教授严建兵与崖州湾国家实验室青年科学家刘杰共同撰写评述文章。评述指出，该研究通过对关键调控蛋白进行人工智能辅助设计与功能重塑，成功破解了作物复杂性状间的经典权衡，被视为分子机制解析与精准设计育种深度融合的代表性范例。该成果为作物改良由单一性状优化迈向系统性环境适应设计提供了新的理论框架与技术路径。（马爱平）