上海
撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
2026 年 6 月 3 日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究员、四川农业大学黄永财教授等，在Nature期刊发表了两篇研究论文。
克隆第二个玉米高蛋白主效基因——THP3-T
第一篇论文题为：Teosinte alleles enhance nitrogen assimilation and seed protein in maize，中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究员、王海海研究员和上海师范大学王文琴教授为论文共同通讯作者，四川农业大学黄永财教授、中国科学院分子植物科学卓越创新中心朱一栋博士生和崔亚辉助理工程师为论文共同第一作者。
在玉米（Zea mays L.）驯化过程中，其种子蛋白质含量显著下降。植物中谷氨酰胺和天冬酰胺的水平与蛋白质含量密切相关。天冬酰胺由谷氨酰胺合成，该过程由天冬酰胺合成酶催化。野生玉米大刍草（Teosinte）携带一种优良的天冬酰胺合成酶-4（ASN4）单倍型。
该研究发现，大刍草还拥有一个促进谷氨酰胺合成的优良单倍型基因，研究团队鉴定了并克隆了大刍草高蛋白-3（THP3）基因，其编码谷氨酸-草酰乙酸转氨酶-1（GOT1），这是参与氮素同化和碳氮平衡的关键酶。在驯化过程中受到负向选择的优良 THP3-T 等位基因具有自然变异，可增强其表达水平和酶活性。过表达 THP3-T（而非现代的 THP3-B 等位基因）能显著提高种子蛋白质含量，反映出碳氮组成的改变。将THP3-T与他们之前发现的第一个高蛋白基因THP9-T（编码 ASN4）进行聚合，可在保持产量的同时，协同提升优质杂交种的种子（从 8.5% 提升至 12%-13%）及整株（从 7% 提升至 9% 以上）蛋白质含量。
总的来说，这项研究表明，通过从野生近缘种中重新引入在驯化过程中被忽视的有益稀有等位基因，是一种强大的作物改良策略。
破解玉米区室化调控氮同化效率的关键机制
第二篇论文题为：Plastoglobules compartmentalize nitrogen assimilation in maize，四川农业大学黄永财教授、中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究员为论文共同通讯作者，四川农业大学陈迪副教授、高卢卢特聘研究员和研究生李书君为论文共同第一作者。
高效的氮素同化对可持续农业至关重要，但其亚细胞组织机制尚不清楚。在这项最新研研究中，研究团队发现，叶肉细胞叶绿体中的质体小球（Plastoglobule，PG）作为代谢枢纽，调控玉米的氮素利用。PG 的氮响应动态特征是植物物种间保守的特性。
研究团队进一步鉴定出两种关键酶——亚硝酸还原酶-2（ZmNIR2）和谷氨酰胺合成酶-1（ZmGLN1），它们通过叶绿体转运肽和疏水区特异性靶向至 PG。重组 ZmGLN1 的冷冻电镜分析显示，其形成十聚体复合物，使其能与 ZmNIR2 形成代谢通道以提升效率。在两种 NIR 酶和六种 GLN 酶中，ZmNIR2 和 ZmGLN1 是主要定位于 PG 的组分，它们调控亚细胞器水平的氮素同化并决定氮素利用效率。栽培种质中 ZmNIR2 剪接的遗传变异产生了一种靶向 PG 的剪接异构体（ZmNIR2T1），可提升氮素利用效率。
总的来说，该研究确立了 PG 作为初级氮素同化的中心区室的地位，为培育高氮素利用效率作物以保障全球粮食安全提供了有前景的策略。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10575-8
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10610-8
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