改造一种蛋白连接酶，让玉米更耐寒、更高效利用磷肥

冷胁迫会限制植物生长和无机磷（Pi）的吸收，从而降低产量并增加肥料需求。提高作物的耐寒性和磷利用效率（PUE）对可持续作物生产至关重要。本研究发现，玉米中含SPX结构域的E3泛素连接酶NITROGEN LIMITATION ADAPTATION（NLA）是连接冷信号与磷稳态的核心调控因子。在寒冷条件下，NLA促进转录抑制因子JAZ11的降解，激活茉莉酸信号通路以增强耐寒性；然而，NLA同时通过肌醇多磷酸（InsP）依赖的磷转运蛋白PT4泛素化作用，抑制磷的吸收。基于泛素组学的全基因组关联分析发现，一种天然的PT4（K267A）变体（赖氨酸突变为丙氨酸）可减弱NLA介导的降解作用，在寒冷条件下增加磷吸收。为了克服这种营养-胁迫权衡，研究人员结合人工智能指导的结构建模、配体对接与基因组编辑技术，构建了nlaΔ12等位基因。该等位基因编码的NLA变体削弱了与InsP的结合，但保留了对JAZ11的靶向作用。Δ12修饰选择性地将NLA的活性重定向至茉莉酸信号通路，在多点田间试验中显著提高了玉米的耐寒性、磷利用效率和产量。这些发现揭示了一个可调控的SPX调控模块，该模块整合了环境和营养信号，为培育气候适应性强、营养高效的作物提供了分子框架。