陕西
水稻作为全球半数以上人口的主粮，其产量与生产效率的提升对保障全球粮食安全至关重要。水稻产量并非由单一遗传或环境因素决定，而是内部信号网络与外部环境因子复杂整合作用的结果。其中，氮素高效利用是维持光碳代谢高效运转的基础，而光碳信号及其代谢产物也对氮代谢进行精细调节。这种相互依赖的动态网络共同协调水稻的生长发育与产量形成。近年来，随着植物光信号感知、光合碳同化及氮素吸收利用等机制的深入解析，水稻如何协同优化光合效率、氮素利用与产量形成的系统调控逻辑日渐清晰，为培育高产、资源高效型作物提供了新的理论框架与基因资源。
近日，Journal of Genetics and Genomics在线发表湘湖实验室(农业浙江省实验室)林荣呈研究员团队题为“
Integration of light, carbon, and nitrogen pathways in regulating rice yield”的综述论文。该综述系统阐述了光作为信号与能量来源在水稻产量形成中的双重作用解析了光氮代谢之间的互作网络总结了核心转录因子整合上述通路以实现协同增效的分子机并对其在资源高效型高产水稻品种培育中的应用前景进行了展望
该综述首先从信号感知、代谢整合与转录调控三个层面，系统梳理了光、碳、氮协同调控水稻产量形成的分子网络，包括光受体介导的环境感知与信号转导、光合碳固定与糖信号转导、氮素吸收同化与信号传导，以及以HY5、TOR-SnRK1、DREB1C、GRF4-NGR5等为核心的枢纽转录因子/蛋白模块对上述通路的整合机制。此外，探讨了关键调控节点在育种中的应用潜力，例如通过操纵OsDREB1C和GRF4等基因可协同提升光合效率、氮素利用效率及产量，并分析了利用优异自然变异拓宽遗传基础的策略。最后，对未来研究方向进行了展望，指出通过人工智能整合多组学数据并结合设计育种，能够实现对光-碳-氮网络的精准调控，为培育资源高效型高产水稻新品种提供新的思路。
植物光信号、氮素与碳代谢途径的调控网络
光感受器协同昼夜节律钟并调控叶绿体光合作用。HY5作为核心调控枢纽，整合光、氮及碳代谢物信号，直接介导氮素吸收与同化，从而成为连接光、碳、氮通路的关键节点。氮信号由NLPs转录因子转导，直接调控氮同化过程。TOR与SnRK1的拮抗作用维持碳氮代谢的动态平衡。Glc：葡萄糖；Suc：蔗糖；T6P：海藻糖-6-磷酸；G1P：葡萄糖-1-磷酸。
作者简介
湘湖实验室(农业浙江省实验室)博士后吴晓康为该综述第一作者，林荣呈研究员为通讯作者。相关工作得到浙江省重点研发计划项目、国家自然科学基金及中国博士后科学基金资助。
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