点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:【科研论文科普解读】怕冷的玉米,有了“保暖又管饱”的新方案
首页> 光明科普> 图文 > 正文

【科研论文科普解读】怕冷的玉米,有了“保暖又管饱”的新方案

来源:光明网2026-02-26 10:01

  你有没有过这种感觉,天一冷就容易浑身“不得劲”?其实玉米也有类似的烦恼。

  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。

【科研论文科普解读】怕冷的玉米,有了“保暖又管饱”的新方案

  如今,这个难题被我国科学家成功攻克。2月26日,中国农业大学生物学院植物抗逆高效全国重点实验室杨淑华教授和施怡婷教授团队在Nature发表题为“Rewiring an E3 ligase enhances cold resilience and phosphate use in maize(中文翻译: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(NITROGEN LIMITATION ADAPTATION),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。

【科研论文科普解读】怕冷的玉米,有了“保暖又管饱”的新方案

  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。

【科研论文科普解读】怕冷的玉米,有了“保暖又管饱”的新方案

  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。

【科研论文科普解读】怕冷的玉米,有了“保暖又管饱”的新方案

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

  华中农业大学严建兵教授、崖州湾国家实验室青年科学家刘杰在Nature同期合作撰写的评述文章表示,这种解耦冷耐受与磷吸收的“一石二鸟(two-in-one)”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。

  据了解,本研究由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教授和施怡婷教授担任共同通讯作者,博士研究生廖欢为第一作者。宋文教授、李溱教授、田丰教授、杨小红教授、巩志忠教授和赵晓云博士等给予重要支持。张晓燕副教授、郭丽博士、李卓洋博士、傅迪毅博士、庄军红以及博士研究生任柯宇、刘志成、苏天航、张朝阳等共同参与研究。中国农业大学作物功能基因组学与分子育种研究中心为该研究提供了遗传转化服务和重要材料支持。该研究得到生物育种重大专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金以及拼多多-中国农业大学研究基金等项目资助。

  科学性审核:杨淑华 中国农业大学生物学院植物抗逆高效全国重点实验室教授

  记者:武玥彤

[ 责编:李欣哲 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 节后开工生产忙

  • 春风送岗促就业

独家策划

推荐阅读
人工智能技术及其应用的跨领域、跨层级、跨主体特征,决定了其安全治理天然具有高度复杂性和协同需求。最后,面对人工智能技术快速迭代、应用场景动态迁移、风险形态持续演化的鲜明特点,制度体系必须具备敏捷响应与动态调适的智慧与弹性。
2026-02-25 09:45
曾经只存在于科幻电影中的“太空采矿”,正逐渐从文艺作品中的构想走进现实。
2026-02-25 09:49
新一轮科技革命的浪潮中,数字化与智能化已成为竞争关键,以开放的姿态推动实体经济与数字技术深度融合,必将推动我国制造业发展更上一层楼。
2026-02-25 09:45
当天,李秋立和4位“战友”——同所研究员胡森、陈意、杨蔚及中国科学院国家天文台(以下简称国家天文台)副研究员周琴,共同获得2025年度中国科学院杰出科技成就奖基础研究奖。
2026-02-25 09:45
在2月19日发表于《科学》的一篇论文中,研究人员描述了一种疫苗,作为鼻腔喷雾剂,它不仅能让小鼠对新冠病毒、流感病毒免疫,还能抵御所有呼吸道疾病。实验表明,接受4剂鼻腔疫苗的小鼠对新冠病毒和其他冠状病毒,以及引发多种呼吸道感染的细菌都产生了免疫力。
2026-02-25 09:45
在人体免疫系统中,T细胞犹如一支守护健康的“特种部队”,负责执行全身细胞的“安全检查”。该研究揭示,组氨酸能精准定位TCR分子识别癌细胞和启动癌细胞清除程序的“关键按钮”位点。
2026-02-25 09:45
《庄子・人间世》有云,“乘物以游心”——或许正是“驭AI而不役于AI”的最好注解。
2026-02-24 14:01
清晰界定科普的价值定位,探索高效的实现路径,有助于推动科普事业高质量发展。
2026-02-24 13:23
AI技术的竞争早已超越产品层面,上升到创新生态、治理能力与产业话语权的综合博弈。
2026-02-24 10:09
当你惊叹于自动驾驶汽车流畅的避障,或陶醉于无人机集群精准的编队表演时,可能并未察觉,支撑这些智能场景的海量数据正在无数边缘节点间疾速奔流。
2026-02-24 09:16
近日,一支国际科学家团队从西南极洲腹地带回了228米长的远古岩石与沉积物,这是人类迄今从冰盖下获取的最长岩芯。
2026-02-24 09:33
当前AI算力普遍面临“内存墙”问题,即计算时数据的存储与运算分处于不同区域,“隔墙”调用严重制约了AI芯片性能提升。
2026-02-24 09:23
目前,主流锂电池正极材料大多使用钴、镍等无机矿物,这类材料面临资源、成本、安全及柔性不足等多重挑战。相比之下,有机电极材料取材广泛,其分子可灵活设计且自身柔韧,被视为极具潜力的“绿色电池新星”。
2026-02-24 09:21
内质网是生物细胞内的一种网膜系统,可帮助维持细胞的正常功能,具有重要的医学研究价值。
2026-02-24 09:14
春节期间,记者来到异龙湖,听到了当地群众对共建生态文明、共享生态成果的感受。
2026-02-21 12:46
莱州中华武校第十次登上央视春晚舞台
2026-02-17 10:21
近日,一个名为Moltbook的社交平台突然走红。与普通网络平台不同的是,Moltbook上的用户都是AI智能体。
2026-02-14 09:21
全球规模最大的200万吨/年柴油吸附分离装置目前在中国石油广西石化稳定运行。
2026-02-14 09:16
大连理工大学赵珺教授带领师生团队正抓紧时间,为实现可重复使用运载火箭关键部件的“复用检测”技术突破全力冲刺。
2026-02-14 09:12
一场刷新人类对宇宙极端物理过程认知的高能事件,被中国科学卫星清晰捕获并成功解读。
2026-02-14 09:11
加载更多