编辑丨王多鱼
排版丨水成文
冷胁迫（Cold Stress）限制植物生长和无机磷吸收，降低产量并增加对肥料的需求。提高作物耐寒性和磷利用效率，对于可持续农业生产至关重要。
2026 年 2 月 25 日，中国农业大学杨淑华教授、施怡婷教授作为共同通讯作者（廖欢为论文第一作者）， 在Nature期刊发表了题为：Rewiring an E3 ligase enhances cold resilience and phosphate use in maize 的研究论文
该研究系统揭示了玉米中的关键 E3 泛素连接酶NLA在低温响应与磷吸收调控中的核心枢纽作用，阐明了其在协调逆境适应与养分利用中的关键分子机制。研究团队进一步结合 AI 辅助蛋白设计与基因编辑技术，实现了 NLA 蛋白功能的定向优化与精准重塑，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。
这项研究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。
在这项最新研究中，研究团队鉴定出含 SPX 结构域的 E3 泛素连接酶NLA作为玉米中连接低温信号与磷稳态调控的核心因子。
在低温条件下，NLA通过促进转录抑制因子 JAZ11 的降解，激活茉莉酸信号通路以增强耐寒性；但同时通过肌醇多磷酸依赖的磷转运蛋白 PT4 泛素化，抑制磷吸收。基于泛素化组学的全基因组关联分析，研究团队发现，天然突变体 PT4（K267A，赖氨酸到丙氨酸的替换）能够减弱 NLA 介导的降解作用，提升低温条件下的磷吸收能力。
为克服这种营养-胁迫平衡难题，研究团队进一步结合AlphaFold3结构预测和分子对接分析，精准定位 SPX 结构域中负责感知肌醇多磷酸的关键区域，进而利用 CRISPR-Cas9 基因编辑技术在
NLA基因中删除了 12 个碱基，其编码的变体 NLA Δ12 ，能保持对 JAZ11 的靶向功能，但减弱了与肌醇多磷酸的结合能力。
在多地点田间试验中，Δ12 修饰展现出增强的耐寒性、更高磷利用效率和增产效果，实现了“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AI 辅助蛋白设计与精准基因编辑技术在复杂性状改良中的巨大潜力。
总的来说，该研究揭示了可调控的 SPX 模块整合环境与营养信号的分子机制，为设计气候适应性强、养分高效的作物提供了分子框架。
值得一提的是，Nature期刊同期邀请了华中农业大学严建兵教授和崖州湾国家实验室青年科学家刘杰共同撰写了题为：Protein engineering fixes a major crop trade-off 的专题亮点评述文章。
文章指出，该研究通过对关键调控蛋白进行 AI 辅助设计与功能重塑，成功破解了作物复杂性状间的经典权衡，被视为分子机制解析与精准设计育种深度融合的代表性范例。该成果为作物改良由单一性状优化迈向系统性环境适应设计提供了新的理论框架与技术路径。文章进一步展望了其应用前景，认为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（例如氮）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。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10142-1