你有沒有過這種感覺，天一冷就容易渾身“不得勁”?其實玉米也有類似的煩惱。玉米是全球最重要的糧食作物之一，是個怕冷的熱帶居民。春播生產中頻發的“倒春寒”常導致玉米出苗緩慢、幼苗生長受阻，甚至引發顯著減產，讓玉米陷入一種“隱性饑餓”。這種饑餓，不是沒吃飽，而是缺了一種關鍵營養——磷。磷是植物能量代謝、信號轉導和細胞分裂不可或缺的關鍵營養元素。低溫條件下，土壤里的磷元素會被“鎖”住。磷是植物生長的“能量貨幣”，吸不到磷，玉米就得餓著肚子挨凍，雪上加霜。

　　如今，這個難題被我國科學家成功攻克。2月26日，中國農業大學在Nature發表題為《重構E3泛素連接酶協同增強玉米耐冷性和磷利用效率》的研究論文。該研究找到了玉米細胞里的“智能開關”，E3泛素連接酶NLA，對其進行精密的“基因手術”，實現了NLA蛋白功能的定向優化與精準重塑，讓玉米從此既能抗寒，又能高效吸磷。

　　該項研究成功解耦了作物耐寒性與磷吸收的負相關，創制出兼具強耐寒性和高磷利用效率的新型玉米種質，有效提升了低溫脅迫下的產量表現。研究團隊通過系統篩選玉米SPX家族成員，最終鎖定關鍵調控因子NLA。它像一個“分流閥門”，低溫條件下，NLA蛋白積累，一方面降解玉米體內抑制抗寒信號組分JAZ11，提升玉米耐冷性;另一方面會通過自身的特殊結構，識別并泛素化降解磷轉運蛋白PT4，抑制根系對磷的吸收。

　　能不能只去掉NLA的“監控”功能，保留它的“抗寒”功能?為打破這一經典性狀權衡，研究團隊結合AlphaFold3結構預測與分子對接分析，精準定位SPX結構域中負責感知InsPs的關鍵區域，并利用CRISPR/Cas9技術在NLA基因中刪除12個堿基，構建新變體NLAΔ12。

　　改造后的變體，讓玉米既能像以前一樣啟動抗寒機制，又能在低溫下暢通無阻地吸收磷元素。為驗證實際應用效果，研究團隊在吉林公主嶺、河北涿州和海南三亞開展多點田間試驗。結果顯示，在低溫逆境下，nlaΔ12改良材料籽粒產量較對照提高約10%-15%，展現出良好的穩產增產潛力。此外，在玉米自交系中還鑒定到JAZ11和PT4基因中編碼泛素化位點的優異自然變異。將人工改造的nlaΔ12與自然優良等位變異PT4A267進行組合后，后代材料在保持強耐寒性的同時，磷吸收能力進一步增強，呈現協同效應，顯示出良好的育種應用前景。

　　NLAΔ12新變體協同調控玉米耐冷性、磷吸收效率和產量穩定性工作模型

　　據了解，這一突破性成果標志著我國在作物復雜性狀協同調控機制解析與智能設計育種領域取得重大進展，為在氣候變化背景下實現糧食穩產增產與資源高效利用提供了堅實的理論支撐。這種解耦冷耐受與磷吸收的“一石二鳥”策略，有望拓展至其他關鍵營養元素(如氮)的高效利用調控，對培育適應氣候變化背景下多重脅迫環境的作物新品種具有重要意義。