玉米是全球最重要的粮食作物之一，是个怕冷的热带居民。春播生产中频发的“倒春寒”常导致玉米出苗缓慢、幼苗生长受阻，甚至引发显著减产，让玉米陷入一种“隐性饥饿”。

这种饥饿，不是没吃饱，而是缺了一种关键营养——磷。

磷是植物能量代谢、信号转导和细胞分裂不可或缺的关键营养元素。低温条件下，土壤里的磷元素会被“锁”住。磷是植物生长的“能量货币”，吸不到磷，玉米就得饿着肚子挨冻，雪上加霜。

如今，这个难题被我国科学家成功攻克。2月26日，中国农业大学在Nature发表题为《重构E3泛素连接酶协同增强玉米耐冷性和磷利用效率》的研究论文。该研究找到了玉米细胞里的“智能开关”，E3泛素连接酶NLA，对其进行精密的“基因手术”，实现了NLA蛋白功能的定向优化与精准重塑，让玉米从此既能抗寒，又能高效吸磷。

该项研究成功解耦了作物耐寒性与磷吸收的负相关，创制出兼具强耐寒性和高磷利用效率的新型玉米种质，有效提升了低温胁迫下的产量表现。

研究团队通过系统筛选玉米SPX家族成员，最终锁定关键调控因子NLA。它像一个“分流阀门”，低温条件下，NLA蛋白积累，一方面降解玉米体内抑制抗寒信号组分JAZ11，提升玉米耐冷性；另一方面会通过自身的特殊结构，识别并泛素化降解磷转运蛋白PT4，抑制根系对磷的吸收。

能不能只去掉NLA的“监控”功能，保留它的“抗寒”功能？

为打破这一经典性状权衡，研究团队结合AlphaFold3结构预测与分子对接分析，精准定位SPX结构域中负责感知InsPs的关键区域，并利用CRISPR/Cas9技术在NLA基因中删除12个碱基，构建新变体NLAΔ12。

改造后的变体，让玉米既能像以前一样启动抗寒机制，又能在低温下畅通无阻地吸收磷元素。

为验证实际应用效果，研究团队在吉林公主岭、河北涿州和海南三亚开展多点田间试验。结果显示，在低温逆境下，nlaΔ12改良材料籽粒产量较对照提高约10%-15%，展现出良好的稳产增产潜力。

此外，在玉米自交系中还鉴定到JAZ11和PT4基因中编码泛素化位点的优异自然变异。将人工改造的nlaΔ12与自然优良等位变异PT4A267进行组合后，后代材料在保持强耐寒性的同时，磷吸收能力进一步增强，呈现协同效应，显示出良好的育种应用前景。

据了解，这一突破性成果标志着我国在作物复杂性状协同调控机制解析与智能设计育种领域取得重大进展，为在气候变化背景下实现粮食稳产增产与资源高效利用提供了坚实的理论支撑。

NLAΔ12新变体协同调控玉米耐冷性、磷吸收效率和产量稳定性工作模型

这种解耦冷耐受与磷吸收的“一石二鸟”策略，有望拓展至其他关键营养元素（如氮）的高效利用调控，对培育适应气候变化背景下多重胁迫环境的作物新品种具有重要意义。

（来源：光明网）

责任编辑：车佳 王娟