当一粒种子落入土壤，它如何在贫瘠的环境中找到生存之道？水稻等作物如何精准感知土壤中的氮素变化，长久以来都是未解之谜。
中国科学家近日破解了水稻感知土壤氮素的"密码"——通过钙信号串联起一条精密调控通路，为农业可持续发展带来新曙光。相关研究成果发表于《先进科学》（Advanced Science）。
在模式植物拟南芥中，科学家已绘制出清晰的氮素感知图谱：硝酸盐受体感知外界氮素后，通过钙通道触发钙信号级联反应，最终激活转录因子并启动基因表达。但在禾本科植物水稻中，科学家却发现截然不同的调控策略——通过E3泛素连接酶OsNBIP1降解抑制因子OsSPX4，释放核心转录因子OsNLP3激活基因表达。这种看似迥异的路径，暗示着植物界可能存在更复杂的协同调控网络。
华南农业大学教授储成才团队的最新突破在于揭示了钙信号在水稻氮代谢中的枢纽作用。实验证实，当根系吸收硝酸盐时，E3泛素连接酶OsNRT1.1B会与异源钙通道复合体OsCNGC14/16结合，引发细胞内钙离子浓度升高。这种波动就像细胞内的"紧急信号弹"，促使关键转录因子OsNLP3发生磷酸化修饰。
有趣的是，水稻展现出独特的环境适应性策略：即使没有磷酸化修饰，OsNLP3仍能保持部分活性。这种双重保障机制使其在淹水环境下仍能有效响应氮素变化，彰显了水稻的进化智慧。
研究揭示了四条相互作用的调控线索，包括快速响应通路、长效维持机制、正反馈循环，以及逆境适应特征。这些发现犹如拼图般填补了植物氮代谢研究的空白，证明水稻通过多维度信号整合实现了对氮素的精细调控。
这项成果为培育"低氮高产"作物提供了理论支撑。通过对氮信号通路的精准调控，有望开发出既能减少化肥施用量，又能保持产量的新型水稻品种。随着合成生物学技术的发展，未来或许能通过基因编辑技术定向改良作物的氮利用效率，在保障粮食安全的同时守护绿水青山。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/advs.202507919
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