我國科學家揭秘植物“生存智慧”

科技日報記者 葉青 通訊員 安沛

當植物面對乾旱、缺“營養”的惡劣環境時，它們如何自救？12日，記者從華南農業大學獲悉，該校儲成才教授、胡斌教授科研團隊發現，植物中的NRT1.1B蛋白就像一個“智能開關”，能同時感知土壤中的氮營養狀態和逆境信號，根據環境變化指揮植物做出最優選擇。相關研究成果11日在線發表在學術期刊《細胞》。

脱落酸作為重要的植物激素，堪稱植物界的“逆境警報器”。一直以來，科學家們認為脱落酸主要是在植物細胞內被感知的，就像在細胞裏裝了“警報器”。

“植物根系裏有一類NRT的蛋白家族，專門負責‘探測’吸收土壤中的氮元素，其中NRT1.1B是水稻中的‘營養探測器’，能夠直接感知土壤中的氮元素並觸發應答反應。”儲成才介紹。

循着此線索，研究團隊進一步發現，NRT1.1B可以作為植物逆境激素脱落酸的受體，感知與整合氮元素與脱落酸之間的信號。在低氮環境下，水稻對生理濃度脱落酸的轉錄響應十分劇烈；而在高氮環境下，這種轉錄響應則受到顯著抑制。“低氮條件下可觸發更為活躍的脱落酸響應，這也暗示植物體內存在能夠整合氮營養狀態和脱落酸信號的分子機制，植物能根據氮營養的狀態，調整對逆境的‘敏感度’。”儲成才説。

研究團隊還發現，脱落酸可促進NRT1.1B與抑制蛋白在細胞膜上發生互作，激活核內的脱落酸轉錄響應，從而揭示了從細胞膜感知到細胞核轉錄應答的完整脱落酸信號通路。此外，NRT1.1B與脱落酸結合能力很強，比它結合氮元素能力高出1000倍。因此，當環境中氮元素不足時，NRT1.1B會傾向於結合脱落酸信號，進而開啓抗逆境程序。NRT1.1B這一智能開關可以賦予植物在不同氮營養狀態下產生靈活的脱落酸應答，展示出植物整合複雜環境信號的精妙調控策略。

該研究不僅證實了脱落酸膜受體的存在，突破了脱落酸信號感知主要依賴胞內受體的傳統認知，更揭示了植物平衡養分利用與抗逆的分子機制，為培育氮高效且抗逆的未來作物提供了理論支撐。

胡斌表示，我們將有可能培育出既耐乾旱、又能高效利用氮元素的作物新品種——它們不需要太多化肥，也能在逆境中高產，有望持續推動“減肥節水”綠色農業的發展。

中國科學院院士韓斌評價認為，該發現不僅為理解植物響應複雜環境信號提供了全新視野，為植物環境適應性研究帶來重要的發展機遇與知識體系變革，也為精準操控作物養分高效與逆境抗性平衡奠定了理論基礎。