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磷吸收，降低產(chǎn)量并增加對肥料的需求。提高作物耐寒性和磷利用效率，對于可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)至關重要。

2026 年 2 月 25 日，中國農(nóng)業(yè)大學楊淑華教授、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)揭示了玉米中的關鍵 E3 泛素連接酶NLA在低溫響應與磷吸收調(diào)控中的核心樞紐作用，闡明了其在協(xié)調(diào)逆境適應與養(yǎng)分利用中的關鍵分子機制。研究團隊進一步結(jié)合 AI 輔助蛋白設計與基因編輯技術，實現(xiàn)了 NLA 蛋白功能的定向優(yōu)化與精準重塑，成功解耦了作物耐寒性與磷吸收的負相關，創(chuàng)制出兼具強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)。

這項研究標志著我國在作物復雜性狀協(xié)同調(diào)控機制解析與智能設計育種領域取得重大進展，為在氣候變化背景下實現(xiàn)糧食穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)與資源高效利用提供了堅實的理論支撐。

在這項最新研究中，研究團隊鑒定出含 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通過促進轉(zhuǎn)錄抑制因子 JAZ11 的降解，激活茉莉酸信號通路以增強耐寒性；但同時通過肌醇多磷酸依賴的磷轉(zhuǎn)運蛋白 PT4 泛素化，抑制磷吸收。基于泛素化組學的全基因組關聯(lián)分析，研究團隊發(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，研究團隊進一步結(jié)合AlphaFold3結(jié)構(gòu)預測和分子對接分析，精準定位 SPX 結(jié)構(gòu)域中負責感知肌醇多磷酸的關鍵區(qū)域，進而利用 CRISPR-Cas9 基因編輯技術在

NLA

在多地點田間試驗中，Δ12 修飾展現(xiàn)出增強的耐寒性、更高磷利用效率和增產(chǎn)效果，實現(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衡難題，體現(xiàn)了AI 輔助蛋白設計與精準基因編輯技術在復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)信號的分子機制，為設計氣候適應性強、養(yǎng)分高效的作物提供了分子框架。

值得一提的是，Nature期刊同期邀請了華中農(nóng)業(yè)大學嚴建兵教授和崖州灣國家實驗室青年科學家劉杰共同撰寫了題為：Protein engineering fixes a major crop trade-off 的專題亮點評述文章。

文章指出，該研究通過對關鍵調(diào)控蛋白進行 AI 輔助設計與功能重塑，成功破解了作物復雜性狀間的經(jīng)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(yōu)化邁向系統(tǒng)性環(huán)境適應設計提供了新的理論框架與技術路徑。文章進一步展望了其應用前景，認為這種解耦冷耐受與磷吸收的“一石二鳥（two-in-one）”策略，有望拓展至其他關鍵營養(yǎng)元素（例如氮）的高效利用調(diào)控，對培育適應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