JGG | 湘湖实验室林荣呈团队综述光-碳-氮途径协同调控水稻产量

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

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。