数据来源：科学研究院

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农学院

万建民院士团队揭示水稻垩白与种子活力的协同调控新机制

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12月15日，南京农业大学万建民院士团队在国际权威学术期刊《自然·遗传学》（Nature Genetics）上在线发表题为“Natural variation in OsTPS8 confers differential regulation of chalkiness and seed vigor in indica and japonica rice”的研究论文。该研究揭示了水稻垩白与种子活力的协同调控新机制。

垩白是影响稻米外观、加工和蒸煮食味品质的重要因素，而种子活力则直接影响到作物出苗整齐度与抗逆能力，是水稻生产中的关键性状。一般认为粳稻垩白低但萌发速度慢，而籼稻则垩白高萌发速度快，垩白与种子活力间是否存在内在联系长期以来未被阐明。南京农业大学万建民院士团队成功鉴定到一个调控稻米垩白的关键基因OsTPS8，其编码海藻糖-6-磷酸合酶，深入解析了OsTPS8通过影响海藻糖-6-磷酸（Tre6P）合成，协同调控垩白形成与种子萌发的分子机制。

图1. qPGWC-8/OsTPS8 的图位克隆与转基因验证

研究团队早在2002年从Asominori/IR24的染色体片段置换系中筛选获得一份高垩白株系C50，构建遗传分离群体，在水稻第8号染色体上定位到一个控制垩白的主效QTL qPGWC-8，进一步图位克隆和转基因验证证实调控垩白的基因是OsTPS8，其编码海藻糖-6-磷酸合成酶。研究发现，OsTPS8可与OsTPS1蛋白互作，抑制OsTPS1酶活性，从而降低胚乳中海藻糖-6-磷酸（Tre6P）的水平，进而降低对下游OsMYBS1转录因子及α-淀粉酶基因表达的抑制效应，发育胚乳中α-淀粉酶活性增加，促进胚乳淀粉降解，导致垩白形成。

研究团队在OsTPS8启动子区鉴定到一个功能性SNP自然变异，影响了转录因子OsbHLH001对其的结合能力，从而造成OsTPS8在籼稻与粳稻中表达水平的差异。根据该自然变异，研究人员将OsTPS8划分为OsTPS8ASO和OsTPS8IR24两种单倍型，粳稻中保留了与野生稻一致的OsTPS8ASO单倍型，而OsTPS8IR24单倍型则在籼稻驯化过程中被优先选择。研究发现携带OsTPS8IR24单倍型的种子（主要是籼稻）α-淀粉酶活性高萌发快，这可能是OsTPS8IR24单倍型在籼稻中被驯化选择的动力。

图2. OsTPS8IR24单倍型因高种子活力在籼稻中被驯化选择

该研究首次揭示了“OsbHLH001–OsTPS8–Tre6P–OsMYBS1–α-淀粉酶”信号级联通路，系统阐释了OsTPS8如何通过调控Tre6P信号分子的水平，差异化调控稻米垩白和种子活力。这一发现不仅为理解籼粳稻在外观品质与种子活力方面的差异提供了新视角，也为水稻分子育种提供了重要靶点，未来有望通过精准调控OsTPS8表达，实现外观品质与种子活力的协同改良。

图3. OsTPS8差异化调控籽粒垩白度与种子活力

南京农业大学博士生陈小丽（已毕业）和蒋小康、中国农业科学院作物科学研究所任玉龙研究员、南京农业大学董慧教授和王益华教授为论文的共同第一作者，万建民院士、王益华教授与王海洋教授为本文的通讯作者。中国农科院作物科学研究所郑晓明研究员、南京农业大学生科院鲍依群教授和团队成员段二超、滕烜、王云龙等老师也参与了该项工作。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和江苏省种业振兴“揭榜挂帅”项目、中国农科院科技创新工程和南京农业大学中央高校基本科研业务费等项目资助。

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41588-025-02429-2

植物保护学院

洪晓月教授团队揭示共生菌的“助纣为虐”分子机制

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近日，南京农业大学植物保护学院洪晓月教授团队在国际权威学术期刊《自然・通讯》（Nature Communications）发表了题为 “Wolbachia enhances ovarian development in the rice planthopper Laodelphax striatellus through elevated energy production”的研究论文，深入解析内共生菌Wolbachia（沃尔巴克氏体）通过合成核黄素来调控宿主能量代谢，进而加速卵巢成熟、增强宿主繁殖力的分子机制。研究明确了营养供给在内共生关系维持中的关键作用，为进一步理解内共生菌与宿主间的代谢互作提供了全新视角。

内共生菌Wolbachia广泛寄生于节肢动物体内。它既能通过营养互利的方式助力宿主生长，又能凭借生殖操控手段，清除不利于自身传播的宿主个体。然而，其促进宿主生长的分子机制至今尚不明确。本团队前期研究发现，水稻害虫灰飞虱体内的Wolbachia株系wStri不仅能诱导宿主产生胞质不相容现象，还可显著提高雌虫的产卵量。

本研究通过观察感染与未感染Wolbachia的灰飞虱在整个产卵周期内的产卵表现，发现Wolbachia提高产卵量的关键机制之一，它能够加速初羽化雌虫的卵巢发育，促使它们更早产卵，并提前迎来产卵高峰期。转录组分析结果显示，Wolbachia能系统性激活宿主的能量代谢通路，为卵巢发育以及卵母细胞的成熟提供能量支持。进一步研究发现，Wolbachia通过提升初羽化雌虫线粒体复合体I的活性，增强了氧化磷酸化的效率，进而提高了卵巢发育阶段线粒体的产能。而抑制线粒体产能，则会明显干扰卵巢发育，这充分说明Wolbachia是通过增强初羽化灰飞虱的产能，来推动卵巢发育的。

基因组测序结果表明，Wolbachia菌株wStri拥有完整的核黄素与生物素合成通路。其中，核黄素作为复合体I的关键辅酶，在灰飞虱卵巢发育过程中发挥着举足轻重的作用。研究人员将Wolbachia转染至sf9细胞系后，惊喜地发现细胞内核黄素含量大幅提升，线粒体的产能也显著增加。不仅如此，对于未感染Wolbachia的灰飞虱，在补充核黄素后，其产能水平与卵巢发育状态均得到明显恢复，这一现象充分证明了Wolbachia提供的核黄素对于灰飞虱卵巢发育的重要意义。进一步研究还发现，Wolbachia还会通过调控宿主的核黄素转运蛋白slc52a3a，来影响核黄素在灰飞虱卵巢发育中的作用。当在五龄若虫阶段干扰slc52a3a的表达后，初羽化雌虫的卵巢发育受到显著抑制。

综上，Wolbachia一方面为宿主提供核黄素，另一方面调控宿主核黄素转运基因slc52a3a的表达。通过核黄素对线粒体电子传递链施加影响，在卵巢发育阶段提升宿主的产能，从而推动宿主卵巢发育，让灰飞虱宿主能更早进入产卵期，最终增强了宿主的繁殖能力，解析了共生菌助纣为虐的深层次机制。研究成果是在团队前期发表在ISME Journal、Molecular Ecology、Microbiome、Current Biology等杂志上相关成果基础上的又一重要发现，为深入探究共生菌与宿主昆虫复杂的分子互作机制奠定基础。

成果由洪晓月教授团队独立完成，博士生牛跃迪为论文第一作者，邴孝利副教授和洪晓月教授为论文通讯作者，实验室研究生范启航、王子涵、王梦珂、赵殿树、王梦茹和吴冰璇等参与了研究工作。该研究获海南省重点研发项目、国家自然科学基金面上项目和重点国际（地区）合作研究项目的资助。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-67660-1

资源与环境科学学院

徐国华教授团队发现氮肥调控水稻抽穗期的双基因“跷跷板”模块

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近日，南京农业大学徐国华教授团队在国际权威期刊《Advanced Science》发表了题为“U-Shaped Response of Flowering Time to Low and High Nitrogen via a Transcription Feedback Loop in Rice”的研究论文。该研究揭示了一个由氮调控开花促进因子Nhd1与开花抑制因子Ghd7构成的转录负反馈调控环，作为精密的分子开关适应不同供氮状况，调控水稻抽穗期对氮肥响应的U-型模式。

生育期的精准调控与氮素的高效利用是决定作物产量与资源利用效率的核心。在农业生产中，充分的氮素供应是作物高产优质的基础，然而氮肥过量不仅增加生产成本与生态风险，而且会导致“贪青晚熟”，造成作物减产降质。水稻抽穗期（决定了生育期）对氮肥的响应呈现U-型模式，即与中等供氮水平相比，过低（缺乏）或过高（过量）氮素均会延迟抽穗。这一现象背后的分子遗传机制尚不明确。

研究表明，在氮素缺乏条件下，被诱导表达的Ghd7通过抑制Nhd1的转录，从而推迟抽穗；在氮素过量条件下，其同化产物谷氨酰胺诱导Nhd1，反过来激活Ghd7的转录，同样导致抽穗延迟。遗传与分子证据进一步证实，抽穗因子（Florigen）Hd3a是该调控模块下游的主要靶基因（图1）。

图1. Nhd1-Ghd7转录负反馈调控环介导水稻抽穗期对氮肥的U-型响应

此外，Nhd1与Ghd7的拮抗作用在水稻驯化过程中受到了定向选择，两者的等位变异组合与土壤氮沉降的地理分布密切相关。该团队之前的研究已经发现Nhd1是一个综合调控氮素吸收、分配、同化及碳氮平衡的多效基因（Zhang et al., 2021, Current Biology;Li et al., 2022, Plant Physiology;Journal of Experimental Botany;Zhang et al.,2023,Plant Biotechnology Journal）。在本研究中，发现利用Ghd7与Nhd1等位变异组合与基因编辑技术，能够在稳定生育期的同时，显著提高水稻产量及氮素利用效率（图2）。

图2. 选择性聚合Ghd7、Nhd1等位变异具有改良生育期、产量及氮素利用效率的潜力

研究结果不仅阐明了水稻抽穗期响应氮素U-型模式的调控机制，为解析水稻生育期与氮素利用的协同调控提供了全新视角，而且为培育氮素适应性水稻品种提供了关键基因靶点，助力氮肥精准施用与水稻生育期优化育种。

南京农业大学资环学院副教授张抒南为论文的第一作者和通讯作者，徐国华教授为论文的共同通讯作者。研究得到了“十四五”国家重点研发计划专项、国家自然科学基金、江苏省种业揭榜挂帅等项目的资助。

全文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202508498

农学院

姜东教授团队提出小麦长势与产量预测分级新框架

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近日，南京农业大学农学院姜东教授团队在Artificial Intelligence in Agriculture期刊上发表了题为“Integrating 3D detection networks and dynamic temporal phenotyping for wheat yield classification and prediction”的研究论文。该研究基于三维目标检测网络和动态时空表型，提出了小麦全生育期产量分级与预测的新框架。

目前，无人机系统对小麦不同生育时期的表型数据采集主要依赖二维图像。虽然二维影像能够提取冠层高度、冠层面积等重要表型参数，但由于其本质上缺乏深度信息，在高密度种植条件下往往难以准确识别行间边界，从而限制了对试验小区的精细划分。相比之下，三维图像因包含丰富的空间结构信息，在密植田间环境中更具处理优势，更有利于实现小区级的自动化分析。因此，基于无人机系统的三维图像数据构建小麦生育时期的自动化表型分析流程，已成为值得重点关注的研究方向。

为解决上述问题，本研究团队基于三维目标检测网络与动态时空表型构建了小麦全生育期产量分级与预测的新型框架，系统性地提升了小麦全生育期三维表型自动化分析与产量预测的精度与效率。该框架包含五个主要创新点：

(1)提出三维基准面辅助的小区分割算法，实现高效点云提取与检测框快速标注，提升前期预处理效率。

(2)构建了融合三维跨层特征金字塔网络（CFPT 3D）与空间注意力模块（AATT）的3D Wheat Plot Detection Net，显著增强模型在深度特征识别和候选框关键特征提取方面的能力，兼具更优的精度与训练效率。

(3)创新利用点云密度空间分布实现行级点云分割，为独立计算行级表型参数提供基础。

(4)开发3D Wheat Plot Phenotype Extraction软件，集成三维可视化与静态、动态表型自动提取，实现从点云处理到表型输出的全流程自动化。

(5)构建动态表型预测体系，根据小麦不同生育时期的静态表型及产量数据对长势进行分级，并提出性状快速变化期、缓慢变化期、降低期、最大高度/面积差及高度面积变化率五类动态时序表型，结合机器学习实现长势分级与产量预测。

提出三维基准面辅助的小区分割算法以提高标注效率

本研究选取长江中下游及黄淮海平原地区的160个自然小麦品种，在南京农业大学白马教学科研基地(31°36′57.8″N，119°10′46.1″E)开展田间试验。针对每个品种，设置三个氮肥梯度处理：零氮肥N0、中等氮素肥量N180以及较高氮素肥量，每个处理设置两个生物学重复，总计960个试验小区。对于每个1.5 m×1.5 m的种植小区，团队采用行间距25 cm，每行均匀种植约100株，行数为6行的种植方式种植每个小麦品种。同时，为了测试本研究构建的三维检测模型的泛化性，在山东省德州市齐河县(36°68′N, 116°65′E)对江中下游及黄淮海平原地区的208个自然小麦品种也进行了田间试验。同样设置三个氮肥梯度，每个氮肥梯度设置五个对照组，总计15个地块，每个地块的种植模式采用1.5 m×0.4 m单行种植。

采用大疆无人机3M行业版采集小麦生育期的数据，设置倾斜摄影参数并通过执行五种飞行模式采集多视角图像，采用Pix4D Enterprise高精度重建模式进行多视角三维重构，获取小麦小区三维点云数据。为全面掌握小麦生育期动态表型变化，研究团队在拔节至成熟期期间，对所有小麦小区（含两个重复对照）实施每6天一次的定期航测。在施用拔节肥后和抽穗期这两个关键生育阶段，特别将采集频率加密至每3天一次。此外，在小麦播种后立即采集了种植地块基准面的多视角数据，所获得的基准点云为后续点云预处理和表型参数提取提供了重要参考。

图1. 种植区块规划和三维数据获取流程

原始小麦点云中包含地块背景及噪声点云，给标注工作带来较大干扰。因此本研究开发了一套小麦小区预处理方法来获取去除地块以及噪声点的纯净小区点云数据。首先，对原始三维点云进行处理，计算x和y方向的最大最小值，并通过插值将其分割为六个氮素梯度点云，每个梯度点云包含160个小区的三维数据。根据品种分布，采用不同的插值分割策略，将每个梯度点云精确划分为160个独立的小区点云，最终获得960个小区样本。然后，通过平面拟合去除地面点云，避免对边界框中心坐标的干扰。考虑到冠层遮挡问题，创新性地通过基准面点云与地面差值运算，获取缺失的下部地面信息，并与处理后的小区点云融合，经半径滤波去噪，得到完整的小麦小区点云。

图2. 三维基准面辅助的小区预处理算法流程

融合三维跨层特征金字塔网络与空间注意力模块构建了三维小区精准检测网络3D Wheat Plot Detection Net

模型采用3D候选框生成和基于候选的3D框优化两阶段检测架构。3D候选框生成包含Set Abstraction、CFPT 3D、Feature Propagation、Point-wise以及Box-Bounding五个模块，对于输入N×3的矩阵，首先，传入四个Set Abstraction(SA)层逐步提取点云局部特征，并在最后一个SA层进行最大池化操作提取最终特征。随后，将获得的四组特征图(包含三组过程特征和最终特征)，这四个特征的前两个维度、长宽度信息以及深度信息，组成四个新的特征矩阵，作为输入传入CFPT 3D模块。CFPT 3D模块包含跨层注意力CLA(包含跨通道注意力CCA和空间通道注意SCA和共享检测头两个子模块，得到空间-通道混合注意力特征。

得到特征后采用共享检测头对四个层级进行横向连接，获得B×N×(4+K)的矩阵输出(这里N为候选框数量，4是位置信息)。然后，通过四个Feature Propagation(FP)层恢复点的细节信息，最终输出(N×D′)的矩阵(N代表点云点数，D′为特征维度)。随后，在Point-wise模块采用使用一个二分类的分割头，基于提取的特征预测每个点属于前景的概率。并通过阈值筛选，得到前景点集合。最后，在box-Bounding模块，对每个前景点，预测其相对于目标中心的偏移量和目标的大小，通过聚类生成3D候选框，最终输出K×7的矩阵(K为候选框数量，7表示候选框中心坐标x,y,z、尺寸大小长、宽、高和方向角度)。

基于候选的3D框优化主要包含区域注意力模块、候选框特征提取模块以及3D框优化模块。区域注意力在保持较大的感受野同时降低计算成本，通过将特征图划分为4段，使得感受野变为原来的1/4，但这种划分可以大大缩小后续候选框特征提取模块的计算开销，提升模型训练性能和速度。候选框特征提取模块的功能与3D候选框生成中Set Abstraction和Feature Propagation模块类似，对于area attention模块划分的每个感受野，传入四个SA层提取候选框内点云的特征信息并将四组特征信息通过FP层进行细节恢复，最终将16组特征信息进行合并成最终特征信息。最后，将合并的特征信息传入3D框优化模块，该模块使用一个回归头(Regression Head)，计算候选框到最终优化框的修正量矩阵，修正量矩阵包括中心坐标的偏移、尺寸大小的缩放以及方向角度的调整，将这个修正量矩阵应用于候选框矩阵，得到最终的3D优化检测框。

提出三维小区行分割算法，利用点云密度空间分布实现行级点云分割

该算法首先提取边界框内所有点云，沿种植行方向（宽轴）进行空间分布分析。通过计算宽轴方向的最大最小值差，以5 cm为间隔进行线性插值，统计每个插值区间内的点云数量，构建距离-点数分布曲线。分析发现，分布曲线呈现明显的六峰五谷交替特征，这与实验设计的六行五间隔种植模式完全吻合。基于这一特征规律，算法将曲线谷值最低点确定为行间间隔中心位置，并沿宽轴正负方向各延伸5 cm，形成10 cm宽的间隔行区域（每个小区共五个间隔行）。通过系统遍历所有边界框并应用该分割方法，最终实现了对每个三维小区种植行的精确定位与分割。在获得的小区及种植行点云数据后，本研究系统计算了四项关键表型参数：小区高度、冠层面积、叶体积和叶面积指数以便后续分析。

图3. 3D Wheat Plot Detection Net架构和三维小区行分割算法示意

开发3D Wheat Plot Phenotype Extraction软件

实现从点云处理到表型输出的全流程自动化

本研究开发的3D Wheat Plot Phenotype Extraction应用程序采用模块化设计，包含三大核心功能区域：主工具栏、点云可视化界面和分析图表展示区。主工具栏集成了从数据输入到结果输出的完整分析流程，提供点云读取、小区检测、行分割、性状分析、图表生成和数据导出六大功能模块。

图4. 3D Wheat Plot Phenotype Extraction软件功能展示

构建包含五类动态时序表型的预测体系

结合机器学习实现长势分级与产量预测

本研究进一步分析了表型的动态变化特征，提出了性状快速变化期、缓慢变化期、降低期、最大高度/面积差及高度面积变化率五类动态时序表型。采用机器学习技术分别使用静态和动态参数预测叶面积指数和产量。在静态参数预测中，使用每个采集节点的小区高度、冠层面积和体积进行预测；在动态参数预测中，计算每个小区在采集时间间隔内的高度、面积和体积变化率，并用这些变化率预测叶面积指数和产量。共获得20160组数据（21次采集，每次960个小区），并按照70%训练集、15%测试集和15%验证集进行划分。使用XGBoost、SVM和随机森林模型进行静态表型的训练。对于动态参数预测，采用LSTM和Bi-LSTM基于时间序列的模型，时间步长作为特征向量纳入训练。结果表明，动态表型预测精度高于静态表型，尤其在施用拔节肥后和抽穗期等关键生育阶段，基于时间变化率的预测精度尤为突出，展示了动态表型在捕捉作物表型变化与产量关系中的优势。

此外，研究还采用静态和动态表型对不同生育阶段的产量进行分级。对于动态表型，通过标准化处理小区高度、面积、体积和叶面积指数的动态变化频率，并应用随机森林构建三分类模型，最终生成可视化分级图。通过统计每个小区的分级频率，确定其最终分类。

图5. 动态表型的变化曲线、桑基图以及分别采用动静态表型进行机器学习的预测结果

三维目标检测网络以及行分割算法在不同种植模式地块的高泛化性

本研究也比较了单行和多行种植模式下三维目标检测网络以及行分割算法的泛化能力。在单行种植模式下，3D Wheat Plot Detection Net模型展现出优异的检测性能，不仅能够准确识别各个种植小区，还能有效捕捉断行造成的孔隙等细微特征。通过行分割算法处理，系统成功将每个单行种植区以不同颜色进行区分标记，实现了精细化的空间解析。

进一步测试表明，该模型在多行种植场景下（单个小区包含16个单行）同样表现卓越。模型准确识别了复杂种植模式下的各个小区单元，验证了算法对不同种植密度的适应性和鲁棒性。行分割算法在多行种植条件下仍保持稳定的分割精度，为后续表型分析提供了可靠的数据基础。

图6. 不同种植模式下模型和算法的泛化能力可视化结果

三维目标检测网络以及行分割算法在多源传感器获得三维点云数据上的适用性

为了评估本研究的3D wheat plot detection net以及行分割算法的泛化性，本研究也使用地基激光雷达和手持雷达采集了小麦小区的三维点云。总体而言，3D Wheat Plot Detection Net与行分割算法在处理地面式和手持式激光雷达点云数据时均表现出优异的性能。然而，与无人机平台相比，地面式和手持式激光雷达在数据获取效率方面相对较低，尤其是在大尺度或多品种小麦试验田中更为明显。因此，在实际应用中，应根据种植布局和研究目标合理选择数据采集传感器，以在精度与效率之间实现最佳平衡。

图6. 模型和算法在不同传感器采集三维点云上的泛化能力可视化结果

综上，本研究构建了一套完整的小麦三维点云生育期自动处理流程。该流程首先提出了专为小麦小区设计的三维目标检测网络3D Wheat Plot Detection Net，在简单、中等和困难三种模式的数据集上分别取得了95.39%、90.03%和83.05%的AP3D指标，以及95.39%、90.03%和85.37%的APBEV指标，其性能显著优于现有主流三维检测网络。其次，基于点云密度特征实现了种植行级别的三维点云分割，成功解决了二维图像难以处理的密植行分割难题。最后，创新性地提出了五种动态时间表型参数，并结合静态和动态表型参数进行产量分级和预测，结果表明，采用动态表型预测的产量精度高于静态表型的预测精度，基于时间序列动态的机器学习模型达到了82.4%最高的预测精度，证明了动态表型在提升产量预测模型准确性上的作用。

未来研究将重点推进多源数据融合，包括RGB图像和多光谱数据，并加强对小麦分蘖期表型处理的研究。最终目标是构建一个集成RGB、多光谱和三维点云数据的全生育期小麦自动处理分析流程，为精准农业决策提供更高效的技术支持。

南京农业大学前沿交叉研究院与农学院联合培养博士生周鸿昊、秦秉希、农学院钟山青年研究员李庆，为本文的第一作者。小麦生理生态与生产管理团队首席姜东教授、前沿交叉研究院钟山青年研究员陈佳玮，为本文的通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、江苏省国际科技合作创新支持计划项目、江苏省农业科技创新基金等项目的支持。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589721725001102

动物医学院

范红结教授团队马喆课题组揭示链球菌在宿主脑脊液增殖并引发脑膜炎的代谢适应新机制

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近日，我校动物医学院范红结教授团队马喆教授课题组联合哈佛大学医学院Matthew K. Waldor教授实验室，在国际知名期刊《Nature Microbiology》上发表题为“Zoonotic Streptococcus imports glucose to inhibit stringent response and promote growth during meningitis”的研究论文。研究揭示人兽共患猪链球菌病重要病原兽疫链球菌（也称马链球菌兽疫亚种，Streptococcusequi subsp.zooepidemicus）利用持续转录的葡萄糖转运磷酸转移酶系统（phosphotransferase system, PTS）在低糖环境下避免陷入严紧反应并维持增殖的代谢适应机制，为预防和治疗脑膜炎型猪链球菌病提供了新的理论基础。

兽疫链球菌是一种重要的人兽共患病原菌，常引发宿主脑膜炎。感染猪只一般在出现神经症状数小时内死亡，治疗窗口短，致死率高。本研究基于兽疫链球菌脑部感染模型，发现病原主要定殖于宿主富含脑脊液的脑室中，并在其中大量增殖，形成高载量感染灶。通过转座子突变体文库筛选，发现细菌PTS是兽疫链球菌在脑脊液中适应性增殖的关键因子。造成该PTS系统瘫痪可以有效降低兽疫链球菌在宿主大脑的增殖水平，减弱对大脑造成损伤的同时促进抗生素控制外周感染的治疗效果，提高存活率。

图1. Tn文库筛选发现PTS是兽疫链球菌在脑脊液中适应性增殖的关键系统

进一步研究发现，兽疫链球菌保守的PTS启动子具有远高于肺炎链球菌、化脓链球菌和无乳链球菌等常见链球菌病原的转录活性，在低葡萄糖环境下仍维持PTS转录，使细菌能够在低葡萄糖环境的脑脊液中持续获取葡萄糖，为其在脑内增殖提供能量保障，防止过度激活细菌严紧反应，维持细菌的代谢与增殖平衡。研究深入揭示了碳源饥饿与细菌严紧反应之间的全新调控网络，阐明了兽疫链球菌在脑脊液低糖环境中实现能量代谢稳态并促进感染的新机制。

图2. 高转录活性PTS维持兽疫链球菌脑脊液环境中的葡萄糖摄取

本团队长期聚焦脑膜炎型人兽共患猪链球菌病病原的致病机制研究，前期工作揭示了兽疫链球菌利用毒力因子BifA和SzM蛋白破坏宿主血脑屏障，入侵宿主大脑的分子机制（PLOS Pathogen,2019；PNAS，2023），并开发相应单克隆抗体药物，通过人工被动免疫控制感染，保护宿主大脑（授权专利1项）。本研究主要聚焦病原菌突破血脑屏障定植宿主大脑阶段，揭示了兽疫链球菌适应脑脊液低葡萄糖环境，完成大量增殖的全新代谢适应机制，为靶向病原菌代谢适性的抗感染新策略提供了理论基础。

动物医学院博士生袁宸为第一作者，马喆教授为通讯作者，哈佛大学医学院Karthik Hullahalli博士，动物医学院黄昊、赵思琦、王汶清、田兴雨、李鑫、夏霖亚、王语畅、潘飞、梁莺、谢雨芮、李月共同参与该研究。哈佛大学医学院Matthew K. Waldor教授、动物医学院范红结教授给予本研究重要的理论指导。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省杰出青年基金、中央高校基本科研业务费滨江基石计划、江苏农业科技创新基金及优势学科建设计划等项目支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41564-025-02194-2

生命科学学院

蒋建东教授王保战教授团队揭示超微细菌Patescibacteriota全球多样性及其与宿主代谢互作新机制

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近日，南京农业大学生命科学学院蒋建东教授、王保战教授团队联合资源与环境科学学院高彦征教授团队，在《Advanced Science》发表了题为“Unveiling Global Diversity of Patescibacteriota and Functional Interactions with Host Microbes”的研究性论文。该研究建立了基于核糖体蛋白S3（rpS3）的系统发育分析新框架，绘制了超微细菌Patescibacteriota的全球分布图谱，并揭示了Patescibacteriota通过协同代谢增强宿主环境适应性并参与全球生物地球化学循环的生态学新机制。

图1. Advanced Science在线发表的Patescibacteriota全球多样性及其与宿主的功能互作的研究性论文

Patescibacteriota（亦称候选门级辐射类群，CPR）是一类细胞极小、基因组严重缩减且缺乏独立生物合成能力的特殊细菌类群，通常以附生（epibiotic）方式依赖宿主生存，是“微生物暗物质”的重要组成部分。由于其16S rRNA基因存在大量特殊的插入序列，并且难以被传统通用引物有效扩增，导致传统扩增子测序技术严重低估了其多样性，学界对其全球分布格局及与宿主的功能互作机制知之甚少。研究团队利用核糖体蛋白S3（rpS3）作为稳健的系统发育标记，克服了传统方法的局限。通过整合全球尺度多生境的13.9 Tb宏基因组数据及4645个基因组（MAGs），系统评估了Patescibacteriota的全球多样性。结果显示，Patescibacteriota是仅次于变形菌门和放线菌门的全球第三大细菌门类，其群落结构具有显著的生境特异性，特别是在地下水和污水处理厂环境中表现出极高的丰度和多样性。进一步，通过共现网络分析与基因组代谢潜能挖掘，研究团队揭示了Patescibacteriota与宿主细菌之间存在特定的“代谢互补”机制，可能通过代谢级联效应介导功能协同。具体而言，在高亚硝环境中，编码亚硝酸盐还原酶（NirK）的Patescibacteriota倾向于与硫酸盐还原菌（Desulfobacterota）共存，通过协助宿主将亚硝酸盐还原为一氧化氮（并泵出细胞），从而缓解亚硝酸盐对硫酸盐还原过程的抑制；而在硝化作用活跃的系统中，编码一氧化氮还原酶（NorB）的Patescibacteriota则主要与全程氨氧化菌（Nitrospira中的一个独特类群）互作，通过消除代谢副产物NO的毒性，维持宿主的代谢活性。

图2. Patescibacteriota全球多样性分布及其与宿主微生物的代谢互作模型

本研究提出，尽管Patescibacteriota基因组极度缩减，但其保留的关键代谢功能（如NirK和NorB）可作为“生态货币”，帮助宿主应对环境胁迫，从而在复杂的微生物群落中建立稳固的共生关系。这一“代谢互补驱动的互利共生”模型，不仅刷新了对微生物“暗物质”生态重要性的认知，也为理解微生物群落如何通过协同进化适应全球环境变化提供了新视角。

南京农业大学生命科学学院博士生纪彦晗、柳旭博士和中国科学院新疆生态与地理研究所赵帅副研究员为论文共同第一作者。南京农业大学王保战教授、蒋建东教授和高彦征教授为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202509416

工学院

李坤权教授课题组在生物炭基电化学传感平台研发方向取得新突破

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近日，南京农业大学工学院李坤权教授课题组在国际知名学术期刊《Sensors & Actuators:B. Chemical》上发表题为“Dual-role boron and oxidized phosphorus in collectively constructing the signal-amplified bio-carbon electroanalysis platforms for simultaneous recognition of sulfite and nitrite in aquaculture”的研究性文章。该研究成功开发了硼磷共改性生物炭电化学传感平台，实现了水产养殖环境及产品中亚硫酸盐（SO32-）和亚硝酸盐（NO2-）的高灵敏同步检测，为水产食品安全与环境监测提供了绿色高效的新技术方案。

水产养殖中，亚硝酸盐作为生物蛋白合成前体、亚硫酸盐作为甲壳类保鲜剂被广泛应用，但过量残留会引发水体富营养化、水生生物死亡，且通过食物链累积危害人体健康（如婴儿高铁血红蛋白血症、成人胃癌风险等）。传统检测方法存在操作复杂、金属基传感器易溶出、单一掺杂生物炭活性不足等问题，开发低成本、高选择性的同步检测技术成为行业迫切需求。

课题组以具有天然木质纤维结构的棉秆为原料，通过超声原位聚合-高温热解工艺，构建了硼（B）磷（P）共改性生物炭敏感材料（BP-bioC）。研究发现，当硼酸/磷酸质量比优化为0.2时，制备的BP-0.2-bioC展现出最优性能：硼元素发挥双重关键作用—金属性硼（C3B）显著提升电子转移效率、降低界面阻抗，非金属性硼（C2BO/CBO2）通过磷硼受阻路易斯对（FLPs）促进氧化磷（C3P=O）形成，进而构建出独特的C3B-C3P=O活性位点对；同时硼掺杂大幅改善材料润湿性（接触角从127°降至21°），确保传感过程中活性位点的高效暴露。

基于该材料构建的电化学传感平台（BP-0.2-bioC/ESPs）表现出优异的检测性能：亚硫酸盐和亚硝酸盐的检测限分别低至34.71μM和2.10μM，线性范围分别覆盖100μM-10 mM和10μM-1 mM，且两种离子的氧化峰电位差达0.42 V，实现无干扰同步识别。该平台具备良好的重复性（RSD≤2.4%）、长期稳定性（12天保持90%以上活性）和抗干扰能力，能耐受水产环境中常见离子、抗生素、微塑料等共存物质的影响。在实际水产养殖水和蟹肉样品检测中，回收率达95.00%-105.00%，检测结果与碘量法、紫外—可见光谱法等标准方法高度一致（RSD≤±5%）。

密度泛函理论（DFT）计算进一步证实，zigzag方向上间隔2个碳原子的C3B-Z2-C3P=O为最优活性位点对，其中C3B优先与亚硝酸盐反应，C₃P=O特异性结合亚硫酸盐，从原子层面揭示了同步检测的分子机制。该研究首次在生物质基电化学传感领域阐明了硼磷共掺杂的协同作用机制，为设计高灵敏生物炭基电化学传感器提供了理论指导与技术支撑。

图1. 同步定量检测性能、重复性、重现性、稳定性以及抗干扰性

南京农业大学工学院为本文唯一通讯单位，李坤权教授为通讯作者，博士生申毅锋为第一作者，博士生薛艳、苗胜盛、本科生马程杰、程俊奥及硕士生Dilli Ram Acharya为研究主要参与者。该研究得到江苏省研究生科研创新计划、国家自然科学基金及江苏省自然科学基金等项目资助。

文章链接:

https://doi.org/10.1016/j.snb.2025.138906

工学院

李坤权教授课题组在作物残体热解产物精准预测与智能调控领域取得新进展

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近日，南京农业大学工学院李坤权教授课题组在国际权威期刊《Bioresource Technology》上发表题为“Real-time process design enabled by an interpretable GBDT model for high-fidelity prediction of pyrolysis products from crop residues” 的研究性文章。该研究构建了可解释机器学习与响应面方法相结合的一体化框架，系统揭示了作物残体热解过程中多因素非线性耦合机制，实现了产物分布的高精度预测与定向调控，为生物质热转化的高效利用与工业化应用提供了全新解决方案。

作物残体热解是实现可持续碳循环的重要途径，但其产物（生物炭、生物油、气体）分布受原料异质性和工艺参数的复杂影响，传统模型难以实现精准预测与高效调控，成为制约工业化应用的核心瓶颈。针对这一问题，课题组系统整合梯度提升决策树（GBDT）、贝叶斯超参数优化、SHAP解释性分析和响应面方法（RSM），建立了兼具高精度预测与机制解析能力的智能调控体系。

研究基于28种作物残体的265组实验数据，经贝叶斯优化（Optuna框架）的GBDT模型展现出卓越的预测性能，对生物炭、生物油和气体产率的测试集决定系数（R2）均超过0.89，其中生物油和气体产率预测精度更是高达0.94和0.95。通过SHAP分析和部分依赖图（PDP），课题组首次明确氧碳比（O/C）是调控产物分布的关键阈值因子 —— 当O/C>0.4时，热解过程从生物油保留主导转向气化主导；灰分中的碱金属氧化物（如K2O）则通过催化二次裂解显著降低生物油产率，而热解温度直接决定反应路径的选择。

基于模型解析的机制insights，课题组进一步建立了三产物定向优化的工艺窗口：300℃、12℃/min的低温慢速热解可最大化生物炭产率；523℃、79℃/min的中温中速热解适合生物油制备；713℃、103℃/min的高温快速热解则能高效生产气体产物。为推动技术落地，课题组开发了基于Streamlit平台的在线预测工具，实现热解参数的实时智能调控，预测误差率低于10%，成功搭建了理论模型与工业应用之间的桥梁。

该研究的创新之处在于突破了传统线性模型的局限，不仅实现了多因素耦合下热解产物的高精度预测，更通过可解释AI技术揭示了关键调控机制，提出的 “分产物定向优化” 策略为生物质资源化利用提供了科学指导。研究成果既为作物残体的高值化转化提供了技术支撑，也为复杂热化学过程的智能设计开辟了新路径。

南京农业大学为本文唯一通讯单位，工学院黄维园硕士为第一作者，李坤权教授为通讯作者，苗胜盛博士为主要研究参与者。该研究得到江苏省自然科学基金、中央高校基本科研业务费、国家自然科学基金等项目的联合资助。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852425017092?via%3Dihub

工学院

李坤权教授课题组在超稳定超级电容器生物炭电极绿色制备领域取得新突破

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近日，南京农业大学工学院李坤权教授课题组在国际权威期刊《Chemical Engineering Journal》上发表题为 “Green mechano-aqueous dual-tuning enables defect-conserved N-P-O coordination in plant-biochar for ultrastable supercapacitors” 的研究性文章。该研究创新性地提出绿色机械化学—水溶剂化协同策略，成功制备出缺陷富集且具有特定N-P-O配位结构的生物质基电极材料，为超级电容器的高性能化与可持续发展提供了新范式。

在电化学储能领域，生物质衍生生物炭因碳负特性和资源可再生性成为电极材料的优选方向，但传统氮磷共掺杂技术中，掺杂剂与活化剂的前驱体反应严重降低掺杂效率，导致电极假电容贡献不足、循环稳定性欠佳，制约了其实际应用。针对这一关键瓶颈，课题组以香蕉皮为生物质原料，结合机械化学活化与水溶剂化调控技术，引入磷酸二氢铵（ADP）作为氮磷共掺杂剂，构建了缺陷守恒的N-P-O配位结构（Dpr-N-P=O）。

研究表明，水溶剂化作用有效抑制了球磨过程中的“冷焊效应”，保留了香蕉皮生物炭（DBC）的本征缺陷位点，而机械力驱动ADP中的氮磷物种与缺陷位点优先反应，形成了N/O为亲电位点、P为亲核位点的独特Dpr-N-P=O构型。该构型显著促进界面电荷转移与氧化还原反应活性，优化后的NP-5H-1电极（DBC:ADP=1:1）表现出卓越的电化学性能：比表面积达2182.26 m2/g，比电容高达414 F/g，法拉第假电容较无溶剂化处理电极提升8.74倍；基于该电极的对称超级电容器在450 W/kg功率密度下能量密度达30.68 Wh/kg，且经过30,000次循环后电容保持率达105.26%，展现出优异的长循环稳定性。密度泛函理论（DFT）计算进一步证实，Dpr-N-P=O构型的低能级间隙与强离子吸附能力是其高性能的核心机制。

该研究不仅解决了传统掺杂技术中heteroatom损耗与缺陷破坏的关键问题，还建立了缺陷-掺杂剂协同增强储能性能的结构-活性关系，为生物质基电极材料的绿色制备与性能调控提供了全新思路，对推动超稳定、高能量密度超级电容器的产业化发展具有重要意义。

南京农业大学工学院为本文唯一通讯单位，李坤权教授为通讯作者，薛艳博士为第一作者，申毅锋博士、苗胜盛博士等为研究主要参与者。该研究得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、河南省科技研发计划等项目的资助。

文章链接: 

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.171372

植物保护学院

植物病毒学团队揭示植物NLR免疫受体劫持生长素通路抗病毒的新型分子机制

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近日，南京农业大学植物保护学院陶小荣教授团队在国际权威学术期刊《科学·进展》（Science Advances）在线发表了题为“A plant NLR receptor activates auxin signaling through Aux/IAAs-ARF19 and YUC8-TIR1/AFBs to promote callose-mediated antiviral defense”的研究论文。该研究揭示了NLR免疫受体Sw-5b通过Aux/IAAs-ARF19与YUC8-TIR1/AFBs模块启动和放大生长素信号通路进而促进胼胝质介导的抗病毒免疫的机制。

番茄Sw-5b为N端带有额外茄科特有的SD结构域（Solanaceae domain）的NLR免疫受体，Sw-5b被广泛用于番茄斑萎病毒（tomato spotted wilt orthotospovirus，TSWV）——一种具有高度危险性的植物病毒的抗病育种。课题组前期研究表明Sw-5b激活后可以启动免疫反应抑制TSWV的胞间运动，但其分子机制仍有待解析。课题组前期研究表明Sw-5b激活后可以启动免疫反应抑制TSWV的胞间运动，但其分子机制仍有待解析。课题组前期研究表明Sw-5b激活后可以启动免疫反应抑制TSWV的胞间运动，但其分子机制仍有待解析。课题组前期研究表明Sw-5b激活后可以启动免疫反应抑制TSWV的胞间运动，但其分子机制仍有待解析。课题组前期研究表明Sw-5b激活后可以启动免疫反应抑制TSWV的胞间运动，但其分子机制仍有待解析。该研究发现Sw-5b识别病毒效应子NSm激活后上调胼胝质合成酶GSL5/8/10基因的表达，促进胼胝质在胞间连丝处大量沉积，进而抑制TSWV的胞间运动。

图1. Sw-5b免疫受体蛋白激活胼胝质介导的抗病毒反应

生长素响应因子ARF（auxin response factor）是生长素信号通路中的转录因子，通过结合靶标基因启动子区的生长素响应元件AuxRE来调控生长素介导的生理过程。在胞内生长素（吲哚乙酸，IAA）浓度低时，ARF被转录抑制因子Aux/IAAs结合并阻止其启动下游基因的转录调节。该研究发现Sw-5b激活后通过SD结构域与多个Aux/IAA蛋白互作进而解除后者对转录因子ARF19的抑制。ARF19随后直接结合GLS8启动子促进胞间连丝胼胝质的积累。

在以色氨酸为前体的IAA合成途径中，YUC家族蛋白介导其中的限速反应。该研究发现ARF19还能直接结合YUC8启动子激活其表达，进而增加IAA含量；增多的IAA结合生长素受体TIR1/AFBs靶向更多的Aux/IAA蛋白进行泛素化降解，从而放大生长素和胼胝质的合成信号，最终将病毒限制在局部的坏死细胞中。本研究揭示了NLR免疫蛋白通过两步法激活和放大生长素信号通路，精细调控胞间连丝胼胝质的积累，从而抑制病毒在细胞间移动的分子机制。

图2. NLR免疫蛋白激活和放大生长素通路促进胼胝质介导的抗病毒免疫的分子机制

此外，该研究发现，马铃薯晚疫病的免疫抗病蛋白R8也能够通过SD与Aux/IAA蛋白互作并激活生长素合成与响应，促进胼胝质的积累，表明生长素信号通路的激活在不同NLR介导的免疫中具有一定保守性。因此，研究为带有茄科特征的SD结构域的NLR免疫受体如何激活生长素通路提供了新的视野，并丰富了对生长素下游信号抗病毒机理的认识，为未来培育广谱抗病毒材料提供了理论基础。

南京农业大学植物保护学院博士生杨同庆为论文第一作者，陶小荣教授和徐毅教授为论文共同通讯作者。南京农业大学植物保护学院董莎萌教授、张正光教授、杨雷云教授、朱敏副教授对该研究提供了重要指导。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和江苏省重点研发计划（国际科技合作项目）等项目资助。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea2275

生命科学学院

常明教授团队在JIPB发表两篇热点评论：从系统素免疫稳态到生长素信号新理解

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近期，南京农业大学生命科学学院常明教授团队在植物科学专业期刊《Journal of Integrative Plant Biology》（JIPB）发表两篇热点评论文章，分别围绕植物细胞因子系统素在免疫稳态调控中的作用以及植物激素生长素在运输与信号转导中的研究进展，进行了总结与讨论。

一、植物“系统素”与动物“白细胞介素-1”在免疫稳态调控中的机制比较

近年来，植物细胞因子作为调控免疫的重要信号逐渐受到关注，其中系统素（systemin）是这类信号小肽中最早被发现并研究较深入的成员之一，在番茄等作物的伤害响应中发挥着关键作用。系统素经前体蛋白加工后，通过特定膜受体启动免疫防御，与动物中白细胞介素-1（IL-1）介导炎症反应的方式存在一定相似性。尽管二者属于不同界，但“强免疫反应需配合抑制机制以维持稳态”这一生物学需求却高度一致。

基于此背景，南京农业大学生命科学学院常明教授团队与云南农业大学李成云教授团队在JIPB发表了评论文章“Immune homeostasis across kingdoms:a shared challenge”。该文结合2025年Cell与Developmental Cell的两篇最新报道，围绕番茄系统素感知与调控的研究进展，分析了植物如何通过多层机制避免系统素信号过量造成生长负担。

最新研究表明，在系统素触发免疫反应的过程中，受体SYR1与共受体SERK的结合是信号传递的关键节点。然而，植物内部同时存在天然拮抗小肽antiSYS，可主动阻断SYR1与SERK的结合，从而精细调控信号强度。此外，系统素的另一受体SYR2能以较弱的信号输出参与受体复合物竞争，使系统素信号在高浓度系统素时被减弱。antiSYS与SYR2共同构建了一个多层次的调节体系，使植物能够在免疫需求与生长成本之间形成动态平衡。

值得关注的是，这些调控方式与动物中IL-1系统通过受体拮抗因子和“假受体”限制炎症反应的策略表现出一定的相似度。这种调控原则的相似性可能并非偶然，而是生物界在长期进化过程中对免疫稳态的共同需求所促成的结果。到目前为止，植物细胞因子的多样性与其信号调节网络仍远未被充分揭示，未来的研究或将呈现出更加复杂的调控模型。

该评论由南京农业大学李慧敏博士生、林思思硕士生及石家庄市农林科学院张艺龄博士共同完成，常明教授与李成云教授担任共同通讯作者。复旦大学韩清见教授为IL-1部分的撰写提供了重要指导与建议。

Figure 1. Cytokine-mediated immune homeostasis in plants and animals.

二、生长素运输与信号转导模式的新认识

在另一篇题为“Auxin Reimagined:Transport and Signaling Patterns”的JIPB评论中，常明教授团队与南京林业大学韩晗教授团队合作，对植物激素生长素在运输、信号感知与转录调控方面的最新研究进展进行了系统梳理。

生长素是调控植物生长发育的关键激素，其空间分布和信号转导的精准调控决定了植物形态建成与器官发生。文章首先从生长素运输机制角度出发，总结了AUX1载体的最新结构解析成果，讨论了其质子共转运机制，并提出AUX1可能作为连接外界pH与生长调节的“分子门控器”，赋予植物环境适应的新能力。在生长素信号感知方面，评论总结了生长素受体TIR1/AFB的双重功能：其既可介导生长素信号阻遏蛋白AUX/IAA的降解，又具备腺苷酸环化酶（adenylate cyclase，AC）活性，可生成第二信使cAMP，从而在生长素经典信号转导途径中形成新的调控层级。这一发现为未来进一步探索生长素信号的多通路整合模式提供了理论基础。在转录调控层面，文章讨论了“双层ARF/cis元件调控密码”这一概念，即生长素如何通过不同ARF转录因子与顺式元件的特定组合，实现细胞类型特异的基因表达模式。

最后，文章指出了未来的研究方向：解析非生物或生物胁迫引起的环境pH改变如何影响AUX1活性及植物生长适应性，揭示TIR1/AFB介导的cAMP信号与AUX/IAA降解之间的协调机制，以及探索“双层ARF/cis元件调控密码”在不同植物与发育阶段中的保守性与应用潜力。这些方向将为实现生长素信号的精准调控和作物性状分子设计提供新的思路。

该评论共同第一作者是仓晓燕（江苏省农科院助理研究员）和博士研究生王琪，常明教授与韩晗教授为共同通讯作者。

Figure 2. Auxin Transport and Signaling in Plant Growth and Development.

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.70109

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.70078

植物保护学院

张正光教授团队发现光信号调控水稻抗稻瘟病新机制

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近日，南京农业大学张正光教授团队在光照调控植物免疫领域取得突破性进展。相关研究成果以“Light-induced OsLIKE1 phosphorylation enhances rice resistance against blast disease”为题，在线发表于国际权威学术期刊《Nature Communications》。

稻瘟病是威胁全球水稻生产的毁灭性真菌病害，尤其在阴雨寡照条件下易暴发流行。光照如何影响水稻的抗病性，一直是植物病理学领域关注的关键科学问题。

在前期研究中，团队已阐明LHCB5作为“光信号传感器”，其磷酸化可触发叶绿体活性氧爆发，激活水稻对稻瘟病的免疫响应。然而，究竟是何种激酶负责LHCB5的磷酸化，光信号又是如何传递至该激酶，此前仍是未解之谜。本次研究中，团队通过系统筛选，鉴定到一个凝集素受体类激酶OsLIKE1。研究发现，OsLIKE1在细胞膜上与LHCB5互作，并在光照与病原侵染双重诱导下发生自磷酸化，进而磷酸化LHCB5，启动免疫应答。遗传证据表明，过表达OsLIKE1可显著增强水稻对稻瘟病的抗性，而敲除该基因则导致感病性上升。

尤为重要的是，团队在OsLIKE1基因启动子区发现了关键的自然变异位点。其中第2类SNP在强光条件下可显著提升OsLIKE1的转录水平，进而促进其蛋白积累与激酶活性，最终通过磷酸化LHCB5增强抗病性。通过对400余份水稻种质进行基因型—表型关联分析，证实该SNP与田间稻瘟病抗性显著相关。

该研究首次完整刻画了“光信号-OsLIKE1激酶-LHCB5免疫蛋白”的级联调控通路，阐明了光环境通过自然变异调控水稻免疫的分子机制，为理解“病害三角”中环境因子的作用提供了新视角。研究鉴定的OsLIKE1及其启动子区SNP标记，为抗病水稻分子设计育种提供了新的基因资源和理论依据。

图1. 光照调控水稻抗稻瘟病模式图

南京农业大学植物保护学院刘江涛博士为论文第一作者，张正光教授和刘木星教授为共同通讯作者。南京农业大学植物保护学院张海峰教授、李刚教授、杨雷云教授和刘昕宇副教授，以及南京农业大学农学院刘裕强教授和江苏省农科院刘永锋研究员、齐中强副研究员参与该研究。美国路易斯安那州立大学的Ping Wang教授提供指导。该研究得到国家自然科学基金重点项目、面上项目以及江苏省农业科技自主创新资金等项目的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-67504-y

农学院

万建民院士团队在作物基因组精准编辑育种新技术研究中取得新进展

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近日，南京农业大学万建民院士团队通过蛋白质工程设计，开发了一类高效、高特异性的“嵌合高保真Cas9蛋白”形式的腺嘌呤碱基编辑工具CH-ABE及其PAM-less变体，在水稻中实现了高效和高特异性兼具的精准单碱基编辑，该研究成果于2025年12月23日在线发表于植物学知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上。

图1. 新型精准碱基编辑工具CH-ABE开发与应用

在现代农业生物育种技术领域，腺嘌呤碱基编辑器（ABEs）因其能实现精准的A-to-G的单碱基替换且不产生DNA双链断裂，成为作物遗传改良的重要工具。然而，ABE8e使用了高活性的TadA8e脱氨酶，引发了其在全基因组范围内产生脱靶的安全担忧。

研究团队采用了“嵌入式”策略，将高活性的TadA8e蛋白“锁”在Cas9蛋白的特定柔性区域，筛选开发出4个CP-ABE版本，显著抑制sgRNA非依赖的脱靶编辑。进一步引入高保真Cas9蛋白（SniperCas9、eSpCas9(1.1)和Sniper2L），构建了CH-ABE编辑系统，将sgRNA依赖性和非依赖性的脱靶效应分别降低了高达7.0倍和79.4倍，并能够产生22.0%-72.4%的水稻纯合及双等位突变体。全基因组和全转录组测序（WGS/WTS）进一步证实了CH-ABEs在安全性方面的优化。

为扩大其靶向范围，研究团队还开发了3种无PAM限制的SpRY变体（SpRY-K1，SpRY-K2和SpRY-KK），将CP-ABE在非经典PAM靶点处的活性提升了80.0%。利用优化的编辑器CP-ABE8e-RYKK，团队成功区分了水稻中的旁系同源靶点（OsSPL14与OsSPL16），并通过精确安装OsALS-K591E突变创制了抗除草剂水稻种质（图1）。相关研究为优良等位变异的定向精准创制以及分子设计育种提供了技术支撑。

南京农业大学在读博士生胡健健、李雪和已毕业硕士生高渝鸿为本文共同第一作者，万建民院士和李超教授为共同通讯作者。南京农业大学董小鸥教授、吴玉峰教授、王益华教授、赵志刚教授和刘世家研究员等参与部分研究工作。该研究得到国家生物育种重大专项、国家重点研发计划、生物育种钟山实验室和南京农业大学三亚研究院等引导项目等资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70511

智慧农业学院

赵国副教授团队在食品新鲜度无线无源检测技术方面发表创新成果

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近日，南京农业大学智慧农业学院（人工智能学院）赵国副教授团队在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》发表了题为“Innovative NFC-based Flexible Sensing System for Wireless and Battery-Free Detection of H2S:A Game-Changer in Real-Time Fresh Food Freshness Evaluation”的研究论文。该研究提出了一种可通过智能手机无线读取、用于实时监测生鲜食品（以三文鱼为例）腐败程度的柔性高灵敏度NFC标签传感系统，并展示其在食品新鲜度评估中的创新应用价值。

全球挑战：13亿吨食物浪费凸显实时腐败监测需求

当前，全球每年约有13亿吨食物被浪费，其中因腐败变质造成的损失约占三分之一，已成为威胁公众健康与经济安全的重大问题。食品供应链普遍缺乏实时、便捷且可集成化的腐败监测技术，亟需新的技术路径加以突破。针对这一行业痛点，南京农业大学赵国副教授团队研制了一种柔性、高灵敏、基于近场通信（NFC）的无线无源传感系统，可借助智能手机对生鲜食品的新鲜度进行实时评估。

图1. 研究内容示意图

核心机制：NFC无源标签联动H₂S阈值实现精确气体识别

该系统将单壁碳纳米管-银纳米粒子（SWCNT-Ag NP）化学电阻敏感层直接集成到NFC标签天线中，构建高性能传感单元。智能手机通过电磁场为标签供电并激活NFC芯片，芯片再将其通信状态（可读或不可读）反馈至手机端，实现信号识别。通过引入阈值调控理论，研究团队将环境中H2S浓度与标签“可读性”状态精准关联，从而通过手机App实现对H2S的无源、精确、实时检测。

图2. NFC标签传感器对食品新鲜度的无线无源检测策略

图3. 用于高灵敏度和高选择性检测硫化氢的传感机制

应用验证：三文鱼腐败精准判定支撑可推广包装监测方案

在应用验证中，该NFC标签传感器被集成至三文鱼包装内，并在0–5℃条件下连续监测五天。结果显示，系统可在三文鱼腐败前夕（第四天，响应值达115.4%）准确识别其变质状态。该低成本、微型化、无线的NFC传感器可轻松嵌入食品包装，为全球食品腐败监控与减少浪费提供了可推广的技术方案。

图4. 基于NFC标签气体传感器的三文鱼变质情况监测

南京农业大学智慧农业学院（人工智能学院）赵国副教授和北京市农林科学院信息技术研究中心赵贤德副研究员为本文通讯作者，2020级本科生施宁为第一作者。参与作者还包括：2023级本科生佟言、2022级本科生徐博扬、华东理工大学2022级博士生葛小虎、华东理工大学曹约强研究员、2023级研究生韩毓、2024级研究生陈运达、2023级本科生骆安馨，以及南京农业大学工学院汪小旵教授和中国农业大学信息与电气工程学院刘刚教授。

该研究获得江苏省农业科技自主创新资金项目（CX(23)3119）、中央高校基本科研业务费滨江基石优秀人才计划项目（KJYQ2025045）以及“滨江基石”计划—AI+科技创新团队项目（QTPY2025008）的资助。

论文链接： 

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.171535

资源与环境科学学院

沈其荣院士团队揭示代谢物介导生物肥料功能菌芽孢杆菌和木霉的生态互作

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在微生物肥料的多菌株复配领域，传统认知认为存在拮抗作用的微生物类群，因其潜在的互作冲突，不适合作为复合菌剂进行开发与应用。然而，以英国牛津大学Kevin Foster教授为代表的微生物生态学家提出了“竞争主导菌群稳定”观点，该观点认为：微生物群落内部竞争是驱动菌群结构稳定的关键动力。那么，在植物根际微生态系统中，引入具有竞争潜力的外源功能微生物，可潜在强化根际菌群的竞争强度，进而有效抑制土传病原菌的种群丰度。芽孢杆菌（Bacillus）与木霉（Trichoderma）是两类重要的植物促生和生物防控微生物，在农业应用中常表现出协同增效。然而，它们在实验室条件下长却表现为相互拮抗，这一“实验室拮抗-田间协同”的矛盾现象背后的分子生态机制未知。

近日，南京农业大学沈其荣院士团队张瑞福教授课题组联合荷兰莱顿大学在TheISME Journal发表最新研究成果。该研究以贝莱斯芽孢杆菌SQR9（Bacillus velezensis）与哈茨木霉NJAU 4742（Trichoderma guizhouense）构建的互作体系为模型，通过全球土壤宏基因组分析、转录组分析、代谢物鉴定和基因突变验证等，系统揭示了跨界有益微生物如何通过代谢物介导并形成稳定联盟，协同对抗病原菌FOC (Fusarium oxysporum)。

图1. 研究总结图示

本研究从分子角度揭示了有益微生物如何通过复杂的化学对话，从实验室拮抗转变为田间协同，为理解土壤微生物群落组装规律提供了新视角。研究首次系统阐明了σB-surfactin-T22azaphilone-镰刀菌酸构成的多层次代谢物互作网络：芽孢杆菌通过σB介导的应激响应快速分泌抗菌物质，surfactin诱导木霉产生保护性次代T22azaphilone，病原菌毒素镰刀菌酸创造时间生态位，木霉降解毒素解除抑制，最终形成稳定的三方互作平衡。这些发现为设计合理化微生物组合提供了重要理论依据：有效的生防菌组不仅需要考虑各成员的功能特性，更需要关注它们之间的代谢互作、信号和时空动态，通过理解和利用这些互作机制，可以开发出更加稳定高效的微生物菌剂，为可持续农业和生态友好型病害防控提供新策略。

南京农业大学资环学院博士生解继驭为第一作者，徐志辉教授与莱顿大学Ákos T. Kovács教授为论文共同通讯作者，沈其荣院士、张瑞福教授为本研究提供了系统的指导。研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划以及欧盟ERC-MicroClock项目的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/ismejo/wraf283

园艺学院 / 前沿交叉研究院

薛佳宇/Yves Van de Peer团队围绕“陆地植物起源与演化”发表系列研究工作

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近日，薛佳宇/Yves Van de Peer团队围绕“陆地植物起源与演化（Origin and Diversification of Land Plants）”这一生命演化重大科学问题，系统开展了多层次、多尺度的研究工作，先后在《Plant Communications》、《Nature Genetics》和《Cell Genomics》发表系列研究论文，从时间起源、基因组创新到蛋白结构域演化三个层面，构建了陆地植物起源与多样化的完整演化图景。

从时间维度厘清植物登陆的起源节点

在2025年9月初发表于《Plant Communications》的研究论文“Comprehensive sampling from mitochondrial genomes substantiates the Neoproterozoic origin of land plants”中，研究团队基于覆盖绿色植物主干谱系的大规模线粒体基因组数据集，重建了陆地植物的系统发育关系并对其起源时间进行了系统评估。

研究结果表明，陆地植物的冠群起源可追溯至新元古代（Neoproterozoic），显著早于传统基于有限数据推测的时间节点。该研究通过多种分区模型和化石校准策略，显著提高了深时系统发育和分歧时间估计的稳定性，为理解植物登陆与地质环境变化之间的协同演化提供了关键时间框架。

课题组博士生户帅雅为第一作者，薛佳宇、Zhen Li和Yves Van de Peer为共同通讯作者。

图1. 基于线粒体基因组的植物系统关系及分子钟

从基因组尺度揭示早期陆地植物的创新潜力

随后参与深圳仙湖植物园主导的研究工作“Bryophytes hold a larger gene family space than vascular plants”（发表于《Nature Genetics》，薛佳宇为共同一作，Yves Van de Peer为共同通讯作者），通过构建苔藓植物超级泛基因组，系统比较了苔藓植物与维管植物在基因家族空间上的差异。

研究发现，尽管苔藓植物在形态结构上相对简单，但其基因家族多样性显著高于维管植物。大量谱系特异和物种特异的基因家族广泛存在于苔藓植物中，这些基因家族与环境胁迫响应、代谢多样性和免疫防御等功能密切相关。该研究颠覆了“形态复杂性与基因复杂性直接正相关”的传统认知，揭示了早期陆地植物在基因组层面具备高度创新潜力。

图2. 123个苔藓新基因组为研究植物登陆提供了宝贵资源

从蛋白结构域层面解析陆地植物多样化机制

在12月底最新发表于《Cell Genomics》的研究“Evolution of protein domains and protein domain combinations provides insights into the origin and diversification of land plants”中，课题组进一步将研究尺度下探至蛋白质结构域这一功能模块层级，系统分析了446个植物基因组中结构域的组成、演化动态及其与植物多样化的关系。

研究结果表明，植物结构域的演化并非简单的线性积累过程，而是呈现出“早期关键获得+长期核心结构域丢失+非核心结构域持续获得与结构域重组”的动态模式。研究发现，植物登陆前后发生了三次爆发性的大量获得新结构域，其中部分新获得结构域与陆生相关器官和结构的形态发生密切相关。此外，结构域组合的持续扩展和活跃重组显著提升了蛋白质功能多样性，是推动陆地植物谱系分化和生态适应的重要分子机制。

薛佳宇为第一兼通讯作者，课题组博士生杨程傲为共同第一作者，Zhen Li和Yves Van de Peer为共同通讯作者。

图3. 植物蛋白结构域的演化过程

上述三项研究从起源时间—基因组创新—蛋白功能模块演化三个层面，形成了一个逻辑递进、相互支撑的研究体系，系统回答了植物何时登陆、以何种基因组基础完成登陆、以及如何在登陆后实现持续多样化等关键科学问题。该系列成果不仅深化了对陆地植物起源与演化机制的理解，也为探讨生物如何应对重大环境转变、以及植物抗逆性和功能创新的分子基础提供了重要理论依据。

相关论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590346225002597?via%3Dihub

https://www.nature.com/articles/s41588-025-02325-9

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666979X25003635?via%3Dihub

智慧农业学院

计智伟教授课题组提出protein-RNA互作预测模型

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2026年1月3日，生物信息领域重要期刊《International Journal of Biological Macromolecules》在线发表了南京农业大学智慧农业学院（人工智能学院）计智伟教授课题组的题为“MsipNet:a multi-scale representation learning framework for predicting protein-RNA interaction”的研究论文。在这项工作中，研究人员开发了一个多尺度表示学习框架MsipNet，用于预测RNA结合蛋白（RBP）的结合偏好及其靶向RNA。

据悉，该团队成功研发了一个名为MsipNet的多尺度表示学习框架，可实现对蛋白质-RNA相互作用的高精度预测（图1）。这个计算框架首先通过多模态表示学习模块，整合RNA序列的全局和局部特征并融合RNA结构信息（基于icSHAPE数据），形成全面的特征表示；随后，借助LSTM与UCDC（U形卷积-空洞卷积）网络的协同优化，对多尺度特征进行深层次提炼与融合；最终输出准确的RNA结合偏好预测结果。该设计以模块化、连贯的架构突出了多尺度特征学习在提升预测性能中的关键作用，为RNA功能机制解析及相关药物设计提供了高效计算工具。

图1. MsipNet算法框架图

在性能评估中，MsipNet与八种现有计算模型进行了系统对比。结果表明，MsipNet取得了最优的预测性能，其AUROC达到0.883，显著优于所有现有方法。即便忽略结构数据（icSHAPE），其表现也明显超过同类基于序列的方法。在其余对比模型中，表现最接近的HDRNet（AUROC=0.873）和PrismNet（AUROC=0.833）仍与MsipNet存在明显差距；而传统方法如DeepCLIP等的预测精度下降更为显著。此外，在不同正负样本比例的不平衡数据条件下，MsipNet同样展现出更稳健的性能优势。这些结果一致表明，MsipNet所采用的多尺度表示学习框架具有显著优越性，为蛋白质-RNA相互作用预测设立了新的精度标杆。

MsipNet与现有基准方法的性能对比

为深入揭示MsipNet优越性能的内在机理，研究团队对模型识别出的RNA序列motif进行了可视化分析。结果表明，MsipNet在motif发现能力上显著优于其他模型，所识别出的13个motif与权威数据库CisBP-RNA中的已知motif高度吻合，尤其擅长捕捉G-rich、U-rich等具有特定结构的基序模式(图2)。

更重要的是，为验证所发现motif的生物学真实性，作者进一步将上述13个motif与另一实验验证数据库ATtRACT进行了交叉比对。结果显示，MsipNet所预测的motif获得了压倒性的实验数据支持：在CisBP-RNA匹配的motif中，有8个同样存在于ATtRACT的实验（如RNAcompete或SELEX）数据中，这一验证率远高于其他对比模型。这充分证明，MsipNet不仅是一个高精度的预测工具，更能可靠地发现具有真实生物学功能的RNA结合motif，为探索蛋白质-RNA相互作用的分子机制提供了直接线索。

图2. MsipNet在42个RBP数据集中识别出13个经数据库报道的RNA结合motif

综上所述，本研究提出的多尺度表示学习框架MsipNet，通过整合RNA序列的多模态特征与结构信息，并结合LSTM与UCDC网络进行层级特征提炼，实现了对蛋白质-RNA相互作用的高精度、高泛化能力预测。该模型在多项基准测试中显著优于现有方法，不仅能稳定、高效地识别结合位点，还展现出卓越的生物学可解释性，成功发掘出多组经实验验证的RNA结合基序。这些成果表明，MsipNet不仅为蛋白质-RNA相互作用预测设立了新的技术标准，也为深入解析RNA调控机制及发现潜在药物靶点提供了可靠的计算工具。

 本文的第一作者为南京农业大学智慧农业学院（人工智能学院）2023级硕士生宋楠，通讯作者为计智伟教授。中国科学技术大学李志锦博士、哈尔滨工业大学邓阳博士和南京农业大学黄金虎副教授参与了这项工作。UNC Chapel Hill的Weiling Zhao教授为论文的撰写提供了宝贵建议。本项工作受到2025年南京农业大学“滨江基石”交叉专项、江苏省农业自主创新项目等经费支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.149883

农学院

万建民院士团队在水稻花时调控研究中取得新进展

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1月2日，万建民院士团队在水稻花时调控机制研究方面取得重要进展。团队在《Plant Physiology》期刊上，发表了题为“The multifunctional protein OsAIM1 regulates floret opening and closure timing via jasmonic acid-mediated lodicule dynamics in rice”的研究成果。该研究为解决籼粳亚种间杂交花期不遇，杂交制种产量低、种子成本高等问题提供了重要基因资源和理论支撑，对培育籼粳亚种间杂交水稻新品种具有重要意义。

水稻是世界上最主要的粮食作物之一，提高水稻产量对国家粮食安全意义重大。栽培水稻主要有籼稻和粳稻两个亚种，研究表明，籼粳亚种间杂种具有强大的杂种优势，相比现有籼型亚种内杂交种可增产15%以上。然而，籼粳亚种杂种优势的应用仍面临一系列问题，包括制种产量低、F1杂种不育、株高超高、超亲迟熟等。其中，籼粳花时不遇（籼稻通常比粳稻早开花1-3小时），导致父母本难以实现有效的异花授粉，进而造成制种产量低，杂交种子成本高昂，严重制约了籼粳杂交稻的大规模推广。

此外，颖壳作为种子的天然物理屏障，授粉后适时闭合能防止病菌侵染、水分丧失和物理损伤。然而，在包括诸多重要不育系在内的水稻材料中，花后颖壳不闭合（俗称“裂颖”）现象依然普遍。该缺陷导致种子皱缩、活力下降，严重影响杂交种子的产量与商品品质。

因此，实现颖花“开”与“关”的精准调控，是提高籼粳杂交制种产量和质量的关键所在。然而，调控颖壳开关的基因，特别是同时调控花时和闭颖的基因，仍然缺乏，相关分子机制尚不明确。

本研究从一个命名为“osky”（oryza sativa kaiying）的粳稻突变体入手。该突变体的花器官结构正常，但每日开花时间延迟约50分钟，且花后颖壳不闭合率高达43.4%（野生型仅1.22%）。通过图位克隆，团队将控制该表型的基因锁定为OsAIM1。该基因编码一种定位于过氧化物酶体的多功能蛋白，参与脂肪酸β-氧化过程。进一步机制解析表明，OsAIM1通过催化β-氧化反应参与茉莉酸生物合成前体的生成，进而激活下游糖转运蛋白基因的表达。糖分在浆片细胞中的积累可调节细胞渗透压，驱动水分吸收与排出，最终实现对颖壳开合的精准调控。在osky突变体中，OsAIM1功能缺失导致茉莉酸合成受阻，影响糖分向浆片的运输，造成开花前吸水膨胀延迟、开花后萎缩过程受阻，从而表现为“开花晚、闭颖差”的表型。研究还发现，外源喷施茉莉酸甲酯不仅能提前日开花时间，还能使OsAIM1功能缺失突变体恢复正常的颖壳闭合能力，这为茉莉酸动态调控颖花开合过程提供了直接证据。

值得关注的是，对水稻种质资源的序列分析发现，OsAIM1编码区存在自然变异。酶活分析表明，籼型（HapB）酶活性更高。携带HapB的单株开花时间显著早于HapA单株。将籼型OsAIM1等位基因导入粳稻背景，可显著提前其开花时间。基于上述发现，团队提出了可能的应用方案：在育种中，通过选择适宜的OsAIM1等位基因（HapA或HapB），可调整亲本开花时间，促进籼粳杂交制种花期相遇；通过编辑不育系中OsAIM1基因，可诱导花后颖壳适度张开，延长异花授粉窗口期，随后在适当时机喷施JA，则可促进颖壳闭合，保障种子质量。

南京农业大学博士研究生胡渊、硕士研究生李海申（已毕业）、博士研究生侯海刚为论文的共同第一作者，万建民院士和周时荣教授为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、生物育种钟山实验室项目及江苏省重点研发计划等项目的资助。

万建民院士团队长期致力于水稻籼粳杂种优势利用研究，近年来在杂种不育、抽穗期和株型调控等方面取得系列突破性成果。

全文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf690

动物科技学院

消化道微生物团队揭示包被抗氧化剂抑制病原菌肠道定植的机制

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1月4日，南京农业大学消化道微生物团队苏勇教授联合东部战区总医院冯啸波博士在国际期刊《Redox biology》发表了题为“Controlled release of coated antioxidants inhibits Citrobacter rodentium colonization in the colon of rats by reducing gut redox potential”的研究论文。该研究表明，采用包被缓释策略可使抗氧化剂精准调控大鼠结肠内氧化还原电位，并进一步重塑肠道菌群抑制柠檬酸杆菌（Citrobacter rodentium）在结肠的定植。

肠道氧化还原电位是反映肠道微环境动态特征的关键参数，在塑造肠道微生物组成及保障动物健康方面起关键作用。团队前期研究发现，果胶补充与肠道氧化还原电位降低协同作用，可加速抗生素后肠道菌群重建（ISME J，2024），这提示靶向调控肠道氧化还原电位是改善肠道健康的有效策略。

该研究首次验证了一种创新策略：包被抗氧化剂通过控制释放以调节肠道氧化还原电位，从而限制好氧致病菌定植。通过优化乙氧喹啉（Ethoxyquin，EQ）和阿魏酸（Ferulic acid，FA）的粒径大小和zeta电位，包被EQ和包被FA在高效降低氧化还原电位的同时，显著逆转了病原菌感染诱导的体重下降，均选择性富集了Lactobacillus和Limosilactobacillus等有益菌属，且包被FA效果更强。与未包被FA相比，包被FA在降低Citrobacter rodentium载量和逆转其诱导的体重下降方面也表现出更显著的效果。

图1. 包被FA和EQ有效降低肠道氧化还原电位和Citrobacter rodentium的载量

包被FA不仅显著降低肠道氧化还原电位水平，也破坏肠杆菌科细菌的肠道内生态位适应能力。在机制上，包被FA抑制肠杆菌科生物膜形成及ABC转运系统的功能，促进Lactobacillus reuteri的富集，并增强肠道Muc2基因的表达。通过体外共培养表明，在低氧化还原电位体系下，Lactobacillus reuteri对Citrobacter rodentium的生长及其毒力基因（tir、ler）的表达具有更显著的抑制作用。这提示维持肠道氧化还原平衡对微生物群-黏膜相互作用及抵抗病原菌感染至关重要。

图2. 包被FA促进肠道黏液分泌并改变肠杆菌的功能

该研究评估了未包被抗氧化剂与包被抗氧化剂对动物肠道氧化还原电位及病原菌定植的影响，并阐明了抗氧化剂结肠靶向调控微生物定植的机制，为靶向调控肠道氧化还原电位的抗病原菌定植新策略提供了理论基础，并为开发维持肠道健康的肠内微环境调节剂提供了重要参考。

图3. 包被抗氧化剂通过调节氧化还原电位抑制病原菌定植的机制

南京农业大学为该论文的第一通讯单位，动科院博士生冯妮为论文第一作者，苏勇教授和冯啸波博士为论文的共同通讯作者，东部战区总医院尤金炜、动科院在读硕士生傅长松和博士生王东方参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金面上项目和国家重点研发计划项目的资助。

全文链接：

https://doi.org/10.1016/j.redox.2026.104005

农学院

水稻栽培团队揭示冠层均衡作物群体的增产减排潜力及其机制

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近日，南京农业大学丁艳锋教授团队联合国内外优势团队在《Nature Plants》上发表了题为“Clumped canopy architecture raises global crop yield and reduces N2O emissions”的研究论文，阐明了冠层均衡作物群体的增产减排潜力及其生态机制。

在全球粮食安全与气候变化双重压力日益加剧的背景下，如何在提高粮食产量的同时降低农业温室气体排放，成为国际社会面临的重大挑战。近日，由南京农业大学牵头、联合国内外科研机构完成的一项研究发现，优化作物群体的冠层结构这一长期被忽视的关键性状，或可成为破解这一难题的重要突破口。研究表明，具有均衡冠层的作物群体，能够在显著提高产量的同时，大幅减少N2O排放。

水稻、小麦、玉米和大豆是全球最重要的四大粮食作物，占据了全球一半以上的耕地面积。然而，为了提高产量，人类长期依赖高强度氮肥投入，使农业成为全球N2O排放的最大来源之一。N2O是一种强效温室气体，其单位增温潜势远高于二氧化碳。传统的农业减排措施多集中于施肥管理、灌溉方式和品种改良，忽视了作物冠层结构的调控作用。该研究从全新视角出发，系统评估了聚集度指数（CI）这一反映叶片空间分布特征的指标，在调控产量和N2O排放中的作用。研究团队整合了高分辨率卫星遥感数据、全球作物产量数据以及农业N2O排放数据，对2001-2016年间全球四大粮食作物进行了系统分析，并结合随机森林模型、过程模拟与田间试验进行多重验证。

结果显示，冠层结构对作物表现具有决定性影响。总体而言，冠层越聚集（CI值越小），作物产量越高，而N2O排放越低。当CI处于0.5-0.6这一“适度聚集”区间时，作物冠层垂直方向的均衡程度最高，四大作物普遍实现了产量最大化与排放最小化的协同优化。生态机制分析表明，均衡冠层结构能够改善冠层内部的光分布，使更多光能穿透至下层叶片，显著提升群体光合作用效率和总初级生产力。同时，更高的光合水平增加了作物对氮素的需求，提高了氮肥利用效率，使更多氮被作物吸收利用，而非以N2O形式从土壤中释放。若将高CI地区的作物冠层结构调整至全球中位水平，全球粮食年产量可增加接近15%；同时，农业N2O排放量有望大幅减少，带来显著的气候效益。

与高投入的农业管理措施相比，优化冠层结构具有现实可行性。不同作物品种在冠层结构上本身存在显著差异，农民可通过选择适宜品种实现初步优化；同时，冠层结构受遗传因素显著控制，为定向育种提供了清晰目标。未来，通过筛选和培育冠层结构更合理的作物品种，有望在不增加资源消耗的前提下，实现“增产又减排”的双赢。论文被Nature Plants编辑部遴选为“Research Briefing（研究亮点）”专题报道，体现了该成果的国际学术影响。

南京农业大学为该项成果的第一和通讯单位。南京农业大学王松寒教授、丁艳锋教授和浙江大学谷保静教授为该论文的通讯作者，南京农业大学博士研究生鄢煜力、青年研究员党超亚和中科院地湖所刘磊研究员为论文的第一作者。研究也得到了巴塞罗那自治大学Josep Peñuelas教授、哥廷根大学Yakov Kuzyakov教授、多伦多大学Jing M. Chen教授、北京大学周丰教授和金哲侬教授、波士顿学院Hanqin Tian教授和南京农业大学江瑜教授等合作者的指导和帮助。研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省杰出青年基金和中央高校基本业务费前沿与交叉创新团队等项目的支持。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-025-02172-w

植物保护学院

钱国良教授课题组提供生防细菌冲突化解方案“化箭为‘帆’”

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近日，南京农业大学植物保护学院钱国良教授团队在国际知名期刊《Current Biology》发表了题为“Effector-Mediated Transcriptional Rewiring Resolves Interbacterial Conflict Through Conserved c-di-GMP Antagonism”的研究论文。

该研究以生防细菌产酶溶杆菌（Lysobacter enzymogenes）与防御假单胞菌（Pseudomonas protegens）为模型，首次揭示了一种细菌解决种间冲突的全新范式——“防御-逃逸”（Defense-Escape）。研究发现，细菌不仅能防御竞争者的攻击，更能通过转录重编程，“劫持”敌方的效应蛋白作为信号分子，从而解除自身的运动抑制，实现战术突围。

在《三国演义》中，诸葛亮利用漫天大雾，将曹军射来的箭矢悉数收纳，反为己用。在土壤微生物复杂的种间博弈中，防御假单胞菌也是一位深谙此道的战略家。面对强敌射来的“利箭”，它没有选择原地死磕，而是上演了一场微观世界的“草船借箭”。

故事的另一方是产酶溶杆菌。它虽然没有鞭毛，但擅长使用Ⅳ型分泌系统（T4SS）这一“纳米注射器”发射生化武器。在这场对决中，产酶溶杆菌向防御假单胞菌发射了一种名为LtaE的效应蛋白。产酶溶杆菌的本意很明确：利用LtaE抑制防御假单胞菌产生抗菌物质，解除防御假单胞菌的武装，从而让自己存活下来。

然而，研究团队发现，当防御假单胞菌接收到LtaE后，并没有像预想中那样被完全压制。相反，它的鞭毛基因表达量激增，游泳速度显著加快，仿佛瞬间开启了“逃逸模式”。这就像产酶溶杆菌扔过来一把锁，试图锁住防御假单胞菌的武器库；结果防御假单胞菌捡起这把锁，把它当成了跑车的钥匙，一脚油门溜之大吉！这种现象被研究团队定义为一种全新的冲突解决方式——“防御-逃逸”（Defense-Escape）。这让防御假单胞菌能够在感知到强敌存在时，迅速撤离，去寻找新的生存空间，这是一种极具进化优势的策略。

为什么敌人的武器会变成逃跑的信号？为了解开这个谜题，研究团队深入分子层面，揭示了其背后的分子机制。在细菌细胞内，有一个著名的“刹车分子”——c-di-GMP（环二鸟苷单磷酸）。通常情况下，高浓度的c-di-GMP会结合鞭毛合成的总司令蛋白FleQ，形成抑制复合物。这就好比给赛车手（FleQ）戴上了手铐，车子自然动不了，细菌因此处于静止或生物膜状态。

精彩的分子博弈：研究发现，来自敌方的效应蛋白LtaE，竟然是一个强力的“劫持者”。通过AlphaFold3结构预测和生化实验（MST、Co-IP等），团队证实：LtaE能直接结合防御假单胞菌体内的FleQ，且结合位置恰好屏蔽了c-di-GMP的结合位点。这意味着，LtaE强行插足，通过竞争性抑制，把FleQ从c-di-GMP的控制下“解救”了出来。即使在细胞内c-di-GMP浓度很高（本应“静止”）的情况下，只要有LtaE存在，FleQ就能重获自由，激活鞭毛基因，驱动细菌逃离危险区域。

图1. AlphaFold3预测的LtaE与FleQ六聚体的复合物模型

从对抗到利用，从静止到逃逸，这项研究不仅重塑了对细菌Ⅳ型分泌系统效应蛋白功能的既有认知，也为理解微生物群落的动态演替提供了新的视角。其揭示的微观生存哲学表明：最极致的防御，或许不是筑墙，而是把敌人的“攻城锤”变成自己的“逃生梯”。

这项研究虽然聚焦于微观分子的博弈，但其揭示的“防御-逃逸”模式，触及了生物防治和合成微生物组构建的核心难题，为该领域提供了全新的解决思路。

一是化“内卷”为“扩张”，提升生防菌的根际定殖力。在复杂的根际土壤中，生防菌往往面临土著微生物的激烈排挤，导致定殖难、存活率低。传统的生防思路是让菌株变得更强壮去硬抗竞争。而本研究提供了一种以退为进的新策略：防御假单胞菌利用竞争者的信号（LtaE）启动鞭毛，这种“逃逸”在生态尺度上表现为快速的空间扩散。这意味着，研究者可以利用这一机制，筛选或改造出能感知环境竞争压力、主动向未被占据的根系生态位扩散的“智能生防菌”。这不仅能规避恶性“内卷”，更能扩大生防菌在作物根系的控制范围，实现更高效的病害防御。

二是解决“一山难容二虎”，构建稳定的人工合成菌群。在构建复合生防菌剂（微生物组组装）时，强强组合往往因种间拮抗而导致群落崩溃。本研究发现的转录重编程机制，实际上是一种基于信号交流的冲突解决机制。研究人员在设计合成菌群（SynComs）时，可以引入信号-响应模块。让菌群成员在感知到彼此存在时，不是相互杀灭，而是通过启动运动或改变代谢及其产生，实现生态位的分化与互补。这种基于冲突驱动演化的组装逻辑，将有助于构建结构更稳定、功能更持久的抗病型根际微生物组。

三是基于“借力”设计，创制环境响应型工程菌。LtaE作为一个能被劫持的信号分子，展示了效应蛋白的多功能性。未来可利用合成生物学手段设计LtaE响应型作物益生菌。让生防菌在检测到病原菌或竞争者的特定信号时，精准启动定殖模式或抗菌模式，从而以最小的代谢代价换取最大的生防效能。

南京农业大学植保学院博士研究生徐富贵为论文第一作者，钱国良教授为论文的通讯作者，钟山青年研究员王冰鑫为论文的共同通讯作者。论文得到中国科学技术大学杨新星教授、南京农业大学窦道龙教授和艾干博士、浙江大学王蒙岑教授、兰州大学何永兴教授、蒙大拿州立大学闫庆教授的大力帮助。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费、博后面上等项目的资助。

近年来，南京农业大学钱国良教授课题组围绕溶杆菌接触依赖型分泌系统开展了系列原创性研究。团队率先揭示了T6SS可通过分泌核酸酶类效应蛋白直接抑制丝状真菌的生长（Lin et al.,PNAS,2025）；发现了杀菌型T4SS能转运毒性效应蛋白抑制病原细菌，揭示了一种独立于次级代谢产物的生防新途径（Shen et al.,Environ.Microbiol,2021）；首次报道了杀菌型T4SS可转运非毒性效应蛋白LqqE1靶向淬灭病原细菌的群体感应（Liao et al.,ISME J,2023），开辟了细菌生防机制研究的新方向；阐明了T4SS效应蛋白LtaE能够突破竞争者的“双重防线”并驱动“合作者”的抗菌行为，揭示了复杂的微生态互作机制（Wang et al.,ISME J,2023,2024）。在此基础上，本研究进一步发现揭示了生防菌如何在复杂微生态中利用竞争信号规避竞争、实现高效扩散（Xu et al.,Cur.Bio,2025）。这一系列研究系统揭示了产酶溶杆菌分泌系统从直接杀伤到信号干扰再到转录重塑的多维功能演化规律，为利用微生物互作原理开发新型生物防治技术提供了新思路。

原文链接：

https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(25)01612-4

来源 | 南京农业大学新闻网、各学院官网

整理 | 科学研究院 毛竹、张洛

编辑丨融媒体中心 韩伯轩

责任编辑丨王璐

校对丨王爽

审核丨许天颖