博士生一作,中国农业大学,最新Nature

玉米，是全球最重要的粮食作物之一，对低温极为敏感。低温对作物的影响并不仅限于温度胁迫本身，还会通过改变土壤理化性质间接加剧养分限制。

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。然而，在低温条件下，土壤中磷的有效性下降，根系活性减弱，磷吸收效率显著降低，进而引发“生理性缺磷”。因此，在寒冷环境下，作物往往同时面临抗寒压力和养分不足的双重挑战。

基于此，研究团队发现玉米中含有SPX结构域的E3泛素连接酶NLA（氮限制适应蛋白），是连接冷信号通路与磷稳态的核心调控因子。

在低温条件下，NLA促进转录抑制因子JAZ11的降解，激活茉莉酸信号通路以增强抗冷性；但与此同时，NLA也会通过肌醇多磷酸（InsP）依赖的方式对磷转运蛋白PT4进行泛素化修饰，从而抑制无机磷酸盐的吸收。

基于泛素化组学的全基因组关联分析（GWAS）鉴定出一种天然 PT4 (K276A) 变异体（赖氨酸突变为丙氨酸），该变异可减弱 NLA介导的PT4降解，并在低温下提高磷吸收能力。

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。

通过这一基于结构信息的精准设计，研究团队成功实现“保留抗寒、解除限磷”的功能解耦，在分子层面破解了长期存在的性状权衡难题，体现了人工智能辅助蛋白设计与精准编辑技术在复杂性状改良中的巨大潜力。