南京农业大学徐国华团队在《Journal of Genetics and Genomics》(JGG)发表了一篇综述,专门探讨氮素怎么给植物撑腰去抵御各种逆境。氮不光是构成蛋白质和叶绿素的原料,也是一种信号分子。它通过把铵态氮和硝态氮这两种形式进行转换,就能巧妙地调节植物的生长还有抵抗逆境的能力。现代农业想要高产,得靠多施氮肥,可气候变化又会让土壤变酸、土地变干或盐化,气温也变得很极端,所以怎么让作物产量高、氮肥用得少又能扛住这些非生物胁迫,成了大家头疼的难题。研究发现,给植物优化氮素供应确实能大幅提升它们的耐逆性,这说明背后一定有一套很复杂的分子调控网络在起作用。 但现在的研究大多只盯着一种氮的形态或者一种胁迫因子看,缺了一个能把所有情况都整合起来的理论框架来解释植物是怎么整体感知氮的状态,又是怎么把这些信息传递给核心的胁迫信号通路的。徐国华教授的这篇文章就是要把这个框架给搭起来。文章主要讲了三件事:第一是把不同形态的氮信号和土壤酸化、铝毒、盐害、干旱还有高温低温这些胁迫信号在遗传上的相互作用给梳理清楚,看看植物是怎么在生长和抗逆之间找到平衡的;第二是看看氮信号是怎么跟各种胁迫应答信号整合到一起的,特别关注转录调控、蛋白翻译后修饰还有能量分配这些关键步骤;第三是讨论这个网络怎么用在提升作物的氮素利用效率和搞育种上,给应对土壤酸化、盐害、干旱和极端温度提供新的思路。 文章提出了一个模式图(模式A),说明了植物响应各种非生物胁迫的过程;还有一个模式图(模式B),展示了氮信号是怎么通过NLP转录因子还有TOR/SnRK模块这些保守通路和非生物胁迫信号整合起来的,共同调节植物的生长与耐逆性。 这篇综述的第一作者是南京农业大学已毕业的博士生张金飞(现在山东农业大学工作),通讯作者是南京农业大学的徐国华教授。论文还得到了南京农业大学刘鹰副教授、张抒南副教授、杭州师范大学曾后清教授、宁波大学丁沃娜教授还有山东农业大学张大健教授的共同参与。相关研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和山东省自然科学基金研究计划的资助。这个团队把氮素看作既是营养物质又是信号分子,希望能通过突破对它双重角色的认知,把传统的“营养保障”研究模式转变成“信号调控与精准设计”,从而培育出那种高产、高效又高抗逆的作物新品种。