【助力 Nature】全式金生物助力破解玉米区室化调控氮同化效率的关键机制

文章信息

文章题目：Plastoglobules Compartmentalize Nitrogen Assimilation in Maize

期刊：Nature

发表时间：2026 年 6 月 3 日

主要内容：四川农业大学黄永财团队联合中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿团队在 Nature 发表题为“Plastoglobules Compartmentalize Nitrogen Assimilation in Maize”的研究论文。该研究对亚细胞内微小区域进行蛋白质组定量分析，精准挖掘到氮高效优异基因，为关键代谢酶的区室化改造提供了理论依据，也为作物分子设计精准育种开辟了新的路径。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10610-8

使用 TransGen 产品：

pEASY^®-Basic Seamless Cloning and Assembly Kit (CU201)

背景介绍

氮素是驱动植物生长的核心营养元素，然而，全球玉米氮肥利用率长期低于 30%，约 70% 施入土壤的氮肥因未被高效吸收而流失，造成巨大经济损失与环境污染。尽管科学界已明确植物氮同化的核心催化单元，但该通路在叶绿体内部的亚细胞组织方式及其对氮素利用效率的调控机制长期未获破解。

文章概述

研究团队发现，玉米叶肉细胞叶绿体中的质体小球（PGs）数量随氮供应水平升高而显著增加，且该特性在 C3 和 C4 植物中高度保守。为探究其分子机理，研究团队优化建立了玉米 PGs 的分离纯化流程，并通过蛋白质组学分析，锁定两个位于 PGs 上的重要氮同化酶：亚硝酸还原酶（ZmNIR2）和谷氨酰胺合成酶（ZmGLN1）。进一步研究表明，这两个关键酶经由叶绿体转运肽进入叶绿体，并借助自身疏水区域锚定于 PGs 表面，通过弱相互作用，有序组装成一种天然的“代谢体”。该结构既能提升反应底物的局部浓度，又能通过空间上的紧密耦合加速中间产物的传递。这就像在细胞内建立了一条高效的“流水线”：NIR2 将亚硝酸盐（NO²⁻）转化为铵盐（NH⁴⁺），GLN1 紧随其后，迅速将其转化为谷氨酰胺（GLN）。这一模型清晰表明，PGs 的区室化策略正是玉米氮素高效利用的核心方式。研究发现，ZmNIR2 基因存在可变剪接，产生两种转录本，其中仅有 T1 转录本编码的蛋白可定位 PGs。基于 111 份玉米自交系的分析发现，T1 转录本所占比例越高的品系，在依赖氮供应的条件下生物量增长越多。值得关注的是，在 44 份大刍草材料中，该比例高达 72%–99%。从进化和育种的角度分析，不同生态区对氮供应的选择压力有所不同，这种选择压力在群体中塑造了 T1 转录本的频率。进一步研究表明，过表达 T1 转录本可显著增大 PGs 的体积与数量，进而提升氮肥利用效率。

这一发现揭示了作物育种中长期被忽视的一点：基因功能不仅依赖表达量，更取决于蛋白能否准确定位到特定的亚细胞“功能单元”。该研究为作物“减肥增效”的精准设计育种奠定了理论基础并提供了基因资源，也为农业绿色可持续发展注入了源头驱动的创新力量。

玉米区室化调控氮同化效率的模式图

全式金生物产品支撑

优质的试剂是科学研究的利器。全式金生物的无缝克隆试剂（CU201）助力本研究。产品自上市以来，深受客户青睐，多次荣登知名期刊，助力科学研究。

pEASY^®-Basic Seamless Cloning and Assembly Kit (CU201)

本产品利用特殊的重组酶和同源重组的原理，可以将任意方法线性化后的载体和与其两端具有 15-25 bp 重叠区域的 PCR 片段定向重组，可以实现 1-5 个片段的高效无缝拼接。

产品特点：

• 快速：仅需要 5~15 分钟反应时间。

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全式金生物的产品再度亮相 Nature 期刊，不仅是对全式金生物产品卓越品质与雄厚实力的有力见证，更是生动展现了全式金生物长期秉持的“品质高于一切，精品服务客户”核心理念。一直以来，全式金生物凭借对品质的执着追求和对创新的不懈探索，其产品已成为众多科研工作者信赖的得力助手。展望未来，我们将持续推出更多优质产品，期望携手更多科研领域的杰出人才，共同攀登科学高峰，书写科研创新的辉煌篇章。

使用 pEASY^® -Basic Seamless Cloning and Assembly Kit (CU201) 产品发表的部分文章：

• You L, Omollo E O, Yu C, et al. Structural basis for intrinsic transcription termination[J]. Nature, 2023.(IF 64.80)

• Huang J, Yang L, Yang L, et al. Stigma receptors control intraspecies and interspecies barriers in Brassicaceae[J]. Nature, 2023.(IF 64.80)

• Liu R, Yang J, Yao J, et al. Optogenetic control of RNA function and metabolism using engineered light-switchable RNA-binding proteins[J]. Nature biotechnology, 2022.(IF 54.90)

• Chen D, Gao L L, Li S J, et al. Plastoglobules compartmentalize nitrogen assimilation in maize[J]. Nature, 2026.(IF 48.50)

• Shi Y J, Ding Z Y, Wu Y, et al. Quadruple pegRNA enables programmable and efficient large genomic insertion[J]. Nature, 2026.(IF 48.50)

• An Bolin, Tang Tzu-Chieh, Zhang Q, et al. Synthetic circuits for cell ratio control Bolin[J]. Nature, 2026.(IF 48.50)

• Jiang L, Xie X, Su N, et al. Large Stokes shift fluorescent RNAs for dual-emission fluorescence and bioluminescence imaging in live cells[J]. Nature Methods, 2023.(IF 48.00)

• Wu M, Xu G, Han C, et al. lncRNA SLERT controls phase separation of FC/DFCs to facilitate Pol I transcription[J]. Science, 2021.(IF 47.73)

• Zhang R, He Z, Shi Y, et al. Amplification editing enables efficient and precise duplication of DNA from short sequence to megabase and chromosomal scale[J]. Cell, 2024.(IF 45.50)

• Wang S Y, Su Y N, Xu Z Q, et al. Discovery and heterologous reconstitution of a plant noncanonical quasi-circadian gene regulatory network[J]. Cell, 2026.(IF 42.50)

• Bai X, Sun P, Wang X, et al. Structure and dynamics of the EGFR/HER2 heterodimer[J]. Cell Discovery, 2023.(IF 33.50)

• Lei X, Huang A, Chen D, et al. Rapid generation of long, chemically modified pegRNAs for prime editing[J]. Nature Biotechnology, 2024.(IF 33.10)

• Zou Z P, Du Y, Fang T T, et al. Biomarker-responsive engineered probiotic diagnoses, records, and ameliorates inflammatory bowel disease in mice[J]. Cell Host & Microbe, 2022.(IF 31.32)

• Zhang Y, Dai F, Chen N, et al. Structural insights into VAChT neurotransmitter recognition and inhibition[J]. Cell Research, 2024.(IF 28.10)

• Liu X, Wang Y, Yang P, et al. Dynamic recruitment of CaMKII into SHANK3 phase-separated condensates tunes postsynaptic density remodeling during long-term potentiation[J]. Nature Communications, 2026.(IF 15.70)