Quinine Sulfate

最近读了《猎药师》，一本关于药物研发历史的书。 里面有很多有意思的故事，比如口服避孕药是怎么发明的，为什么会流行汤力水（tonic water）这种苦苦的饮料，以及伟哥是怎么被意外发现的（有副作用！）。 口服避孕药的研发史：世界需要更多这样的女权富婆 口服避孕药的研发史真的很感人。 20世纪50年代，尽管人们已经发现孕激素可以抑制排卵，但在当时的美国，避孕仍然是一个非常敏感的话题。大型制药公司不愿意投资，就连研究经费都很难申请。 这时候，一位70多岁的女权主义富婆站了出来。 她叫凯瑟琳·麦考密克（Katharine McCormick），是麻省理工学院的毕业生，也是美国妇女选举权运动的积极参与者。她继承了巨额财富，但人生并不幸福：丈夫年轻时就患上严重的精神疾病，两人没有孩子。——丈夫死后，她就拥有了巨额财产。 麦考密克认为，女性应该有权决定自己是否生育。她与另一位女性权利倡导者玛格丽特·桑格（Margaret Sanger）合作，决定资助科学家研发一种女性可以自主服用的口服避孕药。 她们找到了生物学家 Gregory Pincus，后来又与妇科医生 John Rock 等人合作。麦考密克不仅提供资金，还亲自关注研究进展，一心想在自己有生之年看到成果。 当然，研发过程并不顺利。 先是发现孕激素可以抑制排卵，接着是寻找能够口服的合成激素，再到大规模生产和人体临床试验。1956年，研究人员在波多黎各开展了大规模试验，但早期药物的激素剂量很高，副作用明显，试验本身也存在严重的知情同意问题。 最终，1960年，美国FDA批准了第一款用于避孕的口服药物 Enovid。 这时候麦考密克已经85岁了。她终于实现了自己几十年来的梦想，甚至亲自去药店购买避孕药，以此庆祝。 一款药物不仅改变了医学，也改变了无数女性的人生。 读到这里真的觉得，世界需要更多这样的女权富婆来资助针对女性的药物研发。😂 顺便想到一个和自己研究领域有关的问题：直到今天，生物医学研究中仍然存在性别偏差。 过去很多动物实验更倾向于使用雄性动物，部分原因是研究人员担心雌性动物的激素周期会增加实验数据的变异性。但越来越多的研究发现，雌雄动物在某些疾病的发生机制、神经回路以及药物反应上可能存在重要差异。 尤其是神经科学领域，如果只使用雄性动物建立疾病模型，我们可能从一开始就忽略了一部分女性患者的疾病机制和潜在治疗靶点。 当然，现在科研界已经越来越重视这个问题了。美国NIH从2016年开始要求受资助研究在设计中考虑生物学性别这一变量。 （突然好奇，J.K. Rowling 有没有投资过女性健康相关的药物研究？）当我们喝金汤力的时候，我们到底在喝什么？ Gin & Tonic（金汤力）是我很喜欢的一种鸡尾酒，通常就是金酒（Gin）加汤力水（Tonic Water）。 但你知道吗，汤力水里面其实含有一种治疗疟疾的药物——奎宁（Quinine）。 奎宁最初来自南美洲金鸡纳树的树皮。欧洲殖民者发现它能够治疗疟疾后，这种药物开始广泛使用，尤其是在疟疾流行的热带殖民地。 但奎宁有个问题：太苦了。 为了掩盖苦味，人们尝试将奎宁与各种饮料、酒精混合。后来出现了含有奎宁的汤力水，而 Gin & Tonic 也逐渐成为广受欢迎的鸡尾酒。 不过，把金汤力直接说成英国殖民者发明的“抗疟疾鸡尾酒”并不完全准确。历史上奎宁确实经常和酒精一起服用，但现代金汤力的具体起源还有争议。 另外，今天市面上的汤力水虽然还含有奎宁，但含量很低，远远达不到治疗或预防疟疾的有效剂量。 所以下次喝 Gin & Tonic 的时候，可以想想杯子里这种苦味，原来有这么长一段医学史。伟哥：原本是治疗心脏病的，结果发现了意想不到的用途 伟哥（Viagra）的研发史也是非常经典的故事。 20世纪90年代，辉瑞原本希望开发一种治疗心绞痛的药物，也就是后来伟哥的主要成分西地那非（Sildenafil）。 但临床试验的结果不太理想，它对心绞痛的治疗效果有限，却出现了一个意想不到的现象：部分男性受试者报告了勃起反应。 于是研发人员改变了方向，把它开发成治疗勃起功能障碍（ED）的药物。 1998年，伟哥正式获得美国FDA批准。 伟哥的原理其实并不复杂。它通过抑制一种叫作 PDE5（磷酸二酯酶5） 的酶，增强一氧化氮相关的信号通路，帮助阴茎海绵体平滑肌舒张、增加血流。 但问题在于，PDE5并不只存在于阴茎，身体其他组织也存在类似的酶。因此，服用伟哥可能产生头痛、脸红、鼻塞、消化不良等副作用，少数人还会出现视觉异常。 这也是药物研发的一个普遍难题：我们希望药物只作用于特定的靶点和组织，但人体并没有那么容易被精准控制。 书里还介绍了另一种药物：希爱力（Cialis），主要成分是他达拉非（Tadalafil）。 它和伟哥一样，都是PDE5抑制剂，但持续作用时间更长。 伟哥（Sildenafil）：通常可以维持约4～5小时的有效作用窗口。 希爱力（Tadalafil）：药效可以持续长达36小时。 注意，这不代表服药后会持续勃起36小时，而是在有性刺激的情况下，药物能够在更长的时间范围内发挥作用。 希爱力也并非一定比伟哥更好或更安全，同样可能引起头痛、消化不良等副作用，还可能造成背痛、肌肉疼痛。两种药物都不能与硝酸酯类药物同时使用，否则可能导致危险的低血压。 所以——不要随便拿伟哥当娱乐性药物服用。如果确实需要治疗，也应该根据自身健康状况选择合适的药物。 比较有意思的是，后来礼来也开发出了希爱力，试图从辉瑞手中抢占市场。它并没有发明一种全新的治疗原理，而是在同类药物的分子结构、选择性和药代动力学上做出了改进。 新药研发并不总需要发现一个全新的作用机制。有时候，在已知靶点上开发出效果更好、更方便使用，或者副作用更容易接受的药物，同样具有价值。为什么研发一种新药这么难？ 《猎药师》介绍了几千年来人类寻找药物的历史。 之前写了这个文章： 如果一种药物让小鼠的神经功能恢复了，离给患者使用还有多远？ 最早，人们从植物中寻找药物，比如治疗疟疾的奎宁。后来进入合成化学时代，科学家开始尝试自己设计和合成分子。再后来，人们从土壤微生物中寻找抗生素，并逐渐发展到利用基因工程生产蛋白质药物。 研究手段越来越先进，但新药研发依然是一件风险极高的事情。 书中提到，研发一款获得美国FDA批准的新药，平均可能需要14年，成本高达15亿美元。 当然，这只是特定估算口径下的数字，不代表所有药物都需要这么多钱。但有一点是肯定的：绝大多数候选药物最终都无法上市。 即使科学家已经知道某种疾病的生物学机制，也不代表就能轻松找到有效药物。 我们需要找到合适的靶点、筛选有效的化合物，确定它能够进入相应的组织，具有足够的疗效，而且不能产生无法接受的毒性。 很多药物在细胞实验中表现很好，到了动物实验就失败；动物实验表现不错，进入人体临床试验后又发现效果不佳，甚至出现意想不到的副作用。 而这些试验每一步都需要大量时间和金钱。 这也是为什么书里反复提到：成功研发新药，需要金钱、耐心、创造力，以及很大程度上的运气。 回头看这三个故事： *口服避孕药需要的不仅是科学突破，还有一位愿意出钱、敢于挑战社会观念的女性。 *奎宁来自人们对天然植物的长期探索和经验积累。 *伟哥则是一次失败的药物研发中，意外发现了全新的临床用途。 《猎药师》最有意思的地方，就是它没有把药物研发写成一个科学家突然灵光一闪的故事，而是让人看到，科学发现背后还有很多偶然性，以及金钱、社会观念和商业利益的影响。 有时候决定一款药物能不能诞生的，不只是科学上能不能做到，还有一个很现实的问题：能不能赚钱？

『 近期科研成果速递 』  2026年8月1日-9月30日    农学院 万建民院士团队解锁亚非稻种间“联姻”密码 生命科学学院 陈铭佳教授课题组揭示RNA乙酰化修饰调控植物镉响应新机制 资源与环境科学学院 张瑞福教授课题组提出植物益生菌扩展植物免疫阈值的新观点 农学院 国家大豆改良中心在光调控植物株型建成作用机制上取得重要进展 工学院 智能农机动力技术与无人系统团队：面向水田环境的智能农业车辆节能与稳定协同控制 智慧农业学院 计智伟课题组发布一款小分子药物虚拟筛选的AI模型 园艺学院 李英、侯喜林教授团队开发适用植物的高效PAM-Relaxed-LbCas12a新工具 园艺学院 白菜系统生物学团队揭示BcCSN1提高不结球白菜耐寒性新机制 动物科技学院 刘红林教授团队揭示HSP90α乳酸化“双开关”驱动线粒体生物发生新机制 生命科学学院 常明教授课题组在《Plant Communications》发表评论：细胞器中心型抗病小体信号通路 园艺学院 梨创新团队联合国内外多家单位为梨树“减负” 园艺学院 菊花遗传与种质创新团队揭示植物激素ABA调控菊花耐盐性的新机制 理学院 张明智教授团队受“防晒霜”启发构建智能纳米载药体系 资源与环境科学学院 沈其荣院士团队揭示哈茨木霉根系早期定殖新机制 农学院 国家大豆改良中心在大豆耐密植分子育种和避荫反应作用机制上取得重要进展 农学院 智慧农业团队在大豆籽粒蛋白质含量大尺度遥感监测方面取得重大进展 农学院 姜东教授团队基于无人机多源遥感数据提出了全生育期小麦表型提取新框架 资源与环境科学学院 徐国华团队建立“植物生物钟—根系信号—合成菌群”调控模块 理学院 张明智教授团队在Advanced Agrochem发表喹啉-吲哚杂合体综述论文 智慧农业学院 舒磊教授团队在太阳能杀虫灯部署方面连续取得新进展 园艺学院 菊花团队揭示高温重塑植物株型的分子机制 园艺学院 蔬菜生理生态实验室在番茄干旱记忆机制研究方面取得新进展 植物保护学院 稻麦真菌病害控制团队揭示作物“锁毒”抗病新策略 数据来源：科学研究院 农学院 万建民院士团队解锁亚非稻种间“联姻”密码 向上滑动浏览 北京时间8月28日凌晨，中国工程院院士万建民带领的研究团队在国际权威学术期刊Science《科学》上发表最新研究成果，首次揭示亚洲栽培稻与非洲栽培稻种间生殖隔离的分子机制——一套由“矛”“盾”“甲”三个基因组成的精密遗传冲突系统。这一发现为解锁亚非稻种间“联姻”密码、培育超高产杂交稻新品种提供了重要的理论基础和种质资源。 18年追问： 亚洲稻和非洲稻为何“相爱相杀”？ 水稻养活了全球超过一半人口，也是我国最重要的粮食作物之一。稻属共有24个种，其中被人类驯化栽培的仅有亚洲栽培稻和非洲栽培稻两个栽培种。亚洲栽培稻产量高、品质好，是我们餐桌上的常客；非洲栽培稻虽然产量略逊一筹，却身怀“绝技”：耐高温、耐干旱、耐贫瘠，还自带多种抗病虫本领。 科学家们注意到，如果能让这两种水稻“联姻”，把各自的优点集于一身，有望培育出更高产、更稳产的水稻新品种。然而，这两位倘若“联姻”则意味着严重的生殖隔离——它们杂交产生的后代花粉活力极低，结实率大幅下降，就像一道无形的屏障，阻断了优良基因的交流重组和种间杂种优势的利用。 图1 亚洲栽培稻、非洲栽培稻及其杂种F₁的 植株、花粉及小穗表型 万建民院士团队围绕“水稻杂种不育克服与杂种优势利用”这一关乎水稻产量、抗性和品质的关键命题持续深耕。团队通过广泛杂交、测交，发掘并报道了27个新不育位点及广亲和基因，产生了一系列突破性成果：2018年，团队发现并克隆了种间杂种不育基因qHMS7，揭示了自私基因操纵杂种育性的机制，成果发表于Science《科学》；2023年，团队又发现并克隆了籼粳亚种间杂种不育基因RHS12，揭示了“毒药—解药”杂种不育系统选择性引起花粉败育的分子机理，成果发表于Cell《细胞》。 核心发现： 分子层面的“矛—盾—甲”攻防战 此次发表的研究聚焦于引起亚洲栽培稻和非洲栽培稻种间杂种不育的主效位点RHS3。该位点于2008年由团队鉴定报道，历经18年持续攻关，研究团队终于解析了其分子机制。RHS3位于水稻第3号染色体上，能够选择性地引起携带亚洲栽培稻等位基因的花粉败育，导致杂种F₁花粉呈现半不育表型。 图2 “矛-盾-甲”三元复合体调控 亚非栽培稻种间杂种不育的分子机制 团队通过遗传分析表明，RHS3位点由三个基因（ORF4、ORF10和ORF16）组成。团队用中国古兵器“矛”“盾”“甲”生动地为之命名：ORF10编码的蛋白定位在线粒体中，像一把“矛”，能够破坏线粒体功能、杀死花粉；ORF16编码的蛋白像一面“盾”，能与“矛”相互作用、化解其杀伤力，保护配子正常发育；ORF4编码的蛋白则像一副“铠甲”，作为植物特有的选择性自噬受体，通过与“盾”互作形成“矛-盾-甲”的结合体，将“矛”送入细胞的“回收站”自噬体进行降解，从而特异性地保护雌配子。 该发现首次揭示了选择性自噬参与植物种间生殖隔离的分子机制，即“甲”是植物特有的选择性自噬受体，可直接介导“矛”进入自噬降解途径，进而调控种间生殖隔离。 更有趣的是，非洲栽培稻拥有完整的“矛—盾—甲”三件套，而亚洲栽培稻只有一副“甲”。杂交后代因此产生两类花粉：一类继承了完整的“矛—盾—甲”，安然无恙；另一类只继承了“甲”却没有“盾”，便被“矛”攻击而败育，最终导致杂种花粉半不育。 图3 “矛-盾-甲”遗传系统调控 水稻亚非种间杂种不育的遗传与分子模型 研究还追踪了这套系统的演化轨迹：“甲”为禾本科植物特有基因，“矛”起源于展颖野生稻，“盾”起源于南方野生稻。二者可能通过渐渗杂交，即物种间自然杂交导致基因"渗入"对方基因组的过程，最终进入非洲栽培稻的祖先巴蒂野生稻，并在其中逐步组装成一套功能完整的遗传系统。 尤为重要的是，研究团队鉴定到一种“盾”有功能而“矛”失活的广亲和种质。这种材料分别与亚洲栽培稻和非洲栽培稻杂交，都能有效克服RHS3位点导致的育性下降问题。这意味着，科学家找到了一把打破生殖隔离的“钥匙”，为利用亚非栽培稻远缘杂种优势提供了切实可行的技术路径和种质资源。 产业前景： 超高产杂交稻还有多远 最新数据显示，我国水稻种植面积和总产量均位居全球第二，平均单产约为全球平均水平的1.5倍。半个世纪以来，杂交水稻技术助力中国以不足全球9%的耕地，解决了世界近五分之一人口的吃饭问题。然而，现有杂交水稻主要为亚种内或亚种间杂种，种间杂种优势尚未得到有效利用。 研究表明，水稻籼粳亚种间杂种较亚种内杂种预期可增产20%以上，而种间杂种优势有望在此基础上进一步提升产量10%以上。一般而言，物种间遗传分化程度越高，生殖隔离机制越复杂，杂种优势利用的难度越大；但相应的，一旦实现突破，种间杂种优势所蕴藏的产量潜力也更为可观。亚洲栽培稻与非洲栽培稻分属稻属不同栽培种，遗传分化显著，其种间杂种优势的挖掘与利用正是万建民院士团队长期聚焦的核心命题。 从亚种间到种间，从单一基因到完整遗传系统，万建民院士团队的研究轨迹清晰地勾勒出一条解码水稻生殖隔离的系统路径。此次RHS3研究从2008年位点鉴定到2026年机制解析，历时18年，涉及遗传材料获取、基因克隆、亚细胞定位及蛋白互作等多个层面的精细研究，汇聚了国内多家高校和科研单位的协同力量。 论文由南京农业大学、钟山实验室何晓栋博士、赵志刚教授、邵坤博士、余晓文教授，中科院华南植物园朱莹博士后和华南农业大学汤金涛博士后作为并列第一作者。万建民院士、南京农业大学王超龙教授、中国农业科学院作科所王海洋研究员和吴传银研究员、华南农业大学陈乐天教授为共同通讯作者。研究获得中央高校青年教师科研创新能力支持项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金优秀青年科学基金、江苏省自然科学基金杰出青年基金、钟山实验室重点项目等多项资助。 业内专家认为，这项研究不仅首次揭示了选择性自噬参与植物种间生殖隔离的分子机制，具有重要的基础科学价值，更为突破水稻种间生殖隔离、培育超高产杂交稻新品种提供了理论支撑和种质资源，对保障国家粮食安全具有深远意义。 接下来，万建民院士团队将围绕多个杂种不育位点继续深耕，目标是早日培育能够投入生产应用的远缘杂交超高产水稻新品种。 论文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.aec5252 生命科学学院 陈铭佳教授课题组揭示RNA乙酰化修饰调控植物镉响应新机制 向上滑动浏览 近日，我校生命科学学院陈铭佳教授课题组在国际植物专业期刊Plant Physiology在线发表了题为“ACYR-Mediated N4-Acetylcytidine Modification Regulates Cadmium Responses in Arabidopsis”的研究论文，该研究揭示了ACYR介导的N4-乙酰胞苷（ac4C）通过调控IRON MAN（IMA）小肽mRNA的稳定性和翻译效率，进而调控拟南芥镉耐受性的分子机制，为培育低镉积累作物提供了新的靶标和策略。 镉（Cd）是一种高毒性非必需重金属。随着工业化进程的加速和农业化学品过量使用，全球土壤镉污染日益严重，植物组织中镉的过量积累严重威胁食品安全与人类健康。培育耐镉、低积累的作物品种是农业可持续发展的关键，这依赖于对植物镉耐受分子机制的深入理解。ac4C是一种在进化上高度保守的RNA化学修饰，由N-乙酰转移酶（N-ACETYLTRANSFERASE FOR CYTIDINE IN RNA；ACYR）催化产生，可增强mRNA稳定性与翻译效率。已知ac4C参与植物发育和多种胁迫反应，但在镉胁迫响应中的功能仍未知晓。 针对上述科研问题，研究团队探索发现：ACYR功能缺失突变体（acyr1、acyr2及acyr1/+ acyr2杂合突变体）在镉处理下耐受性显著增强，表现出叶片黄化减轻、叶绿素含量更高、根系更长、根和地上部镉含量显著降低的表型（图1），表明ACYR是植物镉响应的负调控因子。进一步研究发现，镉处理能够抑制ACYR1/ACYR2的表达及蛋白丰度，导致整体mRNA的ac4C修饰水平显著降低。 图1 ACYR 负调控拟南芥的镉耐受性 通过整合ac4C RNA免疫沉淀测序（acRIP-seq）和转录组测序（RNA-seq）数据，研究团队鉴定出IRON MAN（IMA）小肽基因IMA2/IMA3是ACYR在镉胁迫下调控的重要靶标。镉处理或ACYR功能缺失导致的ac4C水平降低，使IMA2和IMA3转录本的稳定性下降、翻译效率降低，导致其编码的小肽丰度减少。IMA小肽的减少进一步引起bHLH105和bHLH115转录因子的泛素化和加速降解，从而抑制了下游bHLH Ib亚家族基因（bHLH38、bHLH39、bHLH100和bHLH101）以及金属离子转运蛋白基因IRT1的表达，最终限制了镉的吸收（图2）。值得注意的是，在acyr突变体中过表达IMA2能够有效恢复其镉敏感表型，证实了IMA2是ACYR介导的ac4C修饰调控镉胁迫响应的直接下游靶标。 图2 ACYR介导的ac4C修饰调控镉吸收的工作模型 该研究首次揭示了RNA ac4C修饰与植物镉耐受性之间的联系，阐明了ACYR介导的ac4C修饰通过调控IMA转录本的稳定性和翻译效率来调控镉吸收的分子机制。这一发现拓展了ac4C修饰在植物逆境胁迫中的调控作用，为理解表观转录组学修饰如何调控胁迫响应提供了新框架。更为培育镉耐受和低镉积累作物提供了靶标。 我校生命科学学院陈铭佳教授和兰州大学草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室刘文献教授为论文共同通讯作者，我校生命科学学院博士研究生刘慧婕、青年教师宋晓云博士为论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省优秀青年基金等项目的资助。 论文链接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiag550/8748880 资源与环境科学学院 张瑞福教授课题组提出植物益生菌扩展植物免疫阈值的新观点 向上滑动浏览 在植物与微生物的相互作用中，植物进化出两种主要的先天免疫策略：模式触发免疫（PTI）和效应触发免疫（ETI），以防止微生物的过度侵染。作为植物的“第二大基因组”，植物微生物组广泛分布于植物组织内，具有促进植物生长、增强抗逆性等能力，同时植物益生菌在调节宿主植物免疫稳态中也起着至关重要的作用。近年来，越来越多的研究关注植物益生菌如何逃避植物免疫识别和抑制免疫反应，从而在植物组织中有效定殖进而发挥促生作用。 近日，南京农业大学沈其荣院士团队张瑞福教授课题组在Trends in Plant Science发表最新观点论文“Expanded threshold of plant immunity by beneficial microbes”。文章提出植物益生菌可通过协同调控植物地上部与地下部的免疫信号通路，拓宽植物的免疫阈值。此外，根际益生菌还能促进植物先天免疫的发育和成熟。菌群移植也被证明可以恢复免疫缺陷植物的免疫能力，这对维持植物免疫稳态具有重要意义。将该理念融入现有植物免疫调控体系，构建了全新的植物免疫模型。 图1 植物益生菌扩展植物免疫阈值策略 在此基础上，提出了剂量依赖性免疫应答的全新研究视角。在自然生态系统中，微生物的丰度呈规律性波动，非病原微生物进入根际不可避免地会引起宿主植物一定程度上的免疫信号扰动，关键在于这种相互作用的“方式”和“程度”。因此在评估非病原菌与植物的互作关系时，不仅需依据微生物相关分子模式的特异性识别机制，还应将微生物相关分子模式的剂量效应纳入评估体系。 南京农业大学资源与环境科学学院钟山青年研究员陈玉博士为论文第一作者，张瑞福教授为论文通讯作者，沈其荣院士，中国农科院资划所刘云鹏研究员和南京农业大学植物保护学院王燕教授为本文提供了指导。该研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目资助。 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.tplants.2026.06.007 农学院 国家大豆改良中心在光调控植物株型建成作用机制上取得重要进展 向上滑动浏览 近日，南京农业大学作物遗传与种质创新利用全国重点实验室许冬清教授课题组在《Current Biology》学术期刊上发表了题为“The E3 ubiquitin ligase LOP1 targets PIF4 to control plant morphogenesis”的研究论文，揭示了光信号调控植物株型建成的机制。 植物如何“感知”光照并调整自己的生长形态是一个未知的复杂科学问题。研究发现，一个名为LOP1的蛋白如同植物生长“刹车系统”，与光受体phyB及关键调控因子PIF4形成精密的“双向调控环路”，为理解光信号如何塑造植物株型提供了新的分子框架。 光不仅是植物光合作用的能量来源，更是调控其生长发育的核心环境信号。从种子萌发到株型建成，植物的一生都在不断“读取”光信号并做出相应调整。然而，光信号如何精确控制植物形态发生的分子机制，长期以来仍是未解之谜。 在这项最新研究中，科研团队将目光聚焦于LONG PETIOLE 1（LOP1）蛋白。研究发现，LOP1是植物形态发生的负调控因子——简单来说，它扮演着抑制植物过度伸长生长的“刹车”角色。这一“刹车系统”与植物的红光受体光敏色素B（phyB）存在直接的物理相互作用，两者在蛋白质水平上形成一个正反馈环路，共同维持信号传递的稳定性。 深入机制研究表明，LOP1本身是一种RING指E3泛素连接酶，能够像“分子标签机”一样，直接给PIF4蛋白打上泛素“标签”，使其被细胞的蛋白酶体识别并降解。PIF4是促进植物伸长生长的关键因子，因此LOP1通过降解PIF4来抑制形态发生。 研究团队还发现这一调控并非单向进行。PIF4能够直接结合到LOP1基因启动子区域的G-box顺式作用元件上，激活LOP1的转录表达。这意味着：PIF4促进生长，而生长促进因子又会激活抑制生长的LOP1；LOP1则通过降解PIF4来限制生长。两者之间形成了一个相互制约的负反馈环路，如同精密的“分子天平”，确保植物形态发育处于精确可控的状态。 Figure 1. Schematic model of phyB-LOP1-PIF4-mediated architectural development 该研究首次系统阐明了LOP1-phyB-PIF4模块通过蛋白互作与转录调控的双重环路来整合光信号的分子机制。这一“拮抗性调控框架”不仅回答了光信号如何精细调节植物株型的基础科学问题，也为未来通过分子育种手段改良作物株型、提高光能利用效率提供了重要的理论依据和潜在靶点。 南京农业大学钟山青年研究员宋昭庆博士、赵峰月博士和博士研究生边叶挺为论文第一作者；许冬清教授为论文通讯作者；浙江大学农业与生物技术学院董杰教授对该工作进行了指导和帮助。本研究得到了国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等项目资助。 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.07.027 工学院 智能农机动力技术与无人系统团队：面向水田环境的智能农业车辆节能与稳定协同控制 向上滑动浏览 南京农业大学肖茂华教授团队围绕复杂农田环境下分布式驱动电动植保车辆的节能与稳定控制，完成题为“Energy-efficient and stability-oriented control of distributed-drive electric agricultural vehicles via robust hierarchical reinforcement learning”的研究论文。该论文发表在《Energy》期刊。研究提出轻量化与鲁棒性增强的分层强化学习框架（LRTD3），将四轮高维转矩控制分解为上层运动需求生成和下层转矩分配，在降低控制冗余和计算负担的同时兼顾轨迹跟踪、横摆稳定、防滑与能耗。硬件在环与水田实车试验表明，该方法在泥泞低附着条件下显著降低车辆横摆、侧偏和累计能耗，并提升车载实时部署能力。 文章简介 分布式驱动电动植保车辆能够独立调节各车轮转矩，具有机动性高、驱动力分配灵活等优势，但在低附着、负载波动及轮土强耦合环境下，传统控制方法难以同时兼顾稳定性、能耗和实时性。为此，研究团队构建了LRTD3框架：上层采用鲁棒性增强DDPG，通过参数随机化、扰动注入和风险感知奖励生成附加横摆力矩与总驱动转矩；下层采用轻量化TD3，利用解析方法重构左右轮转矩，仅学习前后轴分配系数，将四维车轮转矩决策压缩为二维动作空间。研究通过干旱硬土、泥泞田间两类硬件在环场景和真实水田实车试验进行验证。结果显示，在泥泞田间条件下，LRTD3相较2D-TD3和4D-TD3分别将峰值横摆角速度降低23.7%和11.8%，峰值质心侧偏角降低25.8%和18.8%，累计能耗降低13.1%和9.7%；相较4D-TD3，CPU训练时间降低83.9%，车载控制器平均推理时间降低28.2%。该研究为复杂低附着农田环境下智能农业车辆的多目标协同控制与工程部署提供了新思路。 图片速览 图1 鲁棒性增强的上层DDPG运动需求决策框架 图2 不同控制策略在泥泞田间条件下的综合性能对比 图3 硬件在环（HIL）测试 图4 旱田试验结果 图5 泥泞水田试验结果 成果作者及项目支持 南京农业大学工学院肖茂华教授为通讯作者，博士生胥文翔为第一作者。合作单位包括一拖集团有限公司、智能农业动力装备全国重点实验室和农业农村部南京农业机械化研究所。本工作得到了国家自然科学基金面上项目（52375251）、“十四五”国家重点研发计划项目（2022YFD2001204）、国家自然科学基金青年科学基金项目（52502530）和中国博士后科学基金（2025M782481）的支持。 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2026.141627 智慧农业学院 计智伟课题组发布一款小分子药物虚拟筛选的AI模型 向上滑动浏览 8月4日，化学领域重要期刊Results in Chemistry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“HMRLBA: A hierarchical multi-scale representation learning model for predicting protein-ligand binding affinity”的研究论文。在这项工作中，研究人员开发了一款蛋白-配体结合亲和力预测的回归模型HMRLBA，可用于蛋白-配体相互作用研究、小分子药物虚拟筛选。 据悉，该团队成功研发了一种层次级联的多尺度特征表示模型HMRLBA，融合了蛋白质的氨基酸序列与三维结构，以及配体的SMILES字符串，实现蛋白-配体结合亲和力预测（图1A）。任一蛋白质的最终特征表示只有结构和表面特征（图1C），序列特征仅作为基础用于初始化结构和表面特征，这有效地控制了特征向量的维度。丰富的序列特征表示，则来源于一个集成了多种预训练语言模型的特征提取模块（图1B）。与此同时，配体被转化为图结构以捕获原子层面的特征（图1D）。该模型将为AI驱动的药物虚拟筛选与分子优化提供高精度的计算工具。 图1. HMRLBA模型框架图 在这项工作中，研究人员用基准数据集对HMRLBA的预测性能进行了深入测试。首先，将HMRLBA应用于PDBbind v2019，CASF2016等基准数据集，结果显示该模型的性能超越了9个SOTA方法，包括著名的Holoprot，MaSIF，HaPPy以及MEGDTA。 随后，在Metz激酶组学基准测试中进一步验证了HMRLBA的泛化能力。该数据集涵盖170种激酶、1423个化合物，共计35259个复合物，经去重处理后保留35251个样本用于测试。所有模型均用PDBbind v2019（30%序列一致性）的数据集进行训练。HMRLBA展现出卓越性能：其均方根误差（RMSE）低至0.916，较次优模型HaPPy（0.929）降低约1.4%；皮尔逊相关系数达0.295，较HaPPy（0.216）提升约36.6%（表1）。这一结果证明了HMRLBA在建模亲和力-结构的线性依赖关系方面具备较高精度，并对未知蛋白-配体结合数据表现出强大的泛化能力。 表1.基于PDBbind v2019（30%序列一致性）训练的模型在MetZ数据集上的预测性能 为了进一步验证其在药物虚拟筛选方面的潜力，在MUV基准集上开展性能测试，并将HMRLBA这个回归模型与基于分子对接的打分函数（例如，Vina, Gnina，RF-Score, OnionNet等）进行比较。结果显示，HMRLBA在各项指标上均展现出强劲竞争力：其AUPR（0.004）、AUROC（0.563）及EF 1%（1.791）三项关键指标均仅次于经典对接软件Vina，位列第二。值得注意的是，尽管Vina综合表现略优，但其AUROC标准差（0.083）显著高于HMRLBA（0.075），这意味着HMRLBA在保持高判别精度的同时，具备更优的鲁棒性与稳定性。此外，在更宽松的EF 5%阈值下，HMRLBA同样以1.478的分值位居第三。这些结果证明，HMRLBA成功平衡了筛选精度与模型鲁棒性，已具备支撑实际药物虚拟筛选任务的潜力。 表2.基于PDBbind v2019（30%序列一致性）训练的模型在MUV数据集上的预测性能 为验证HMRLBA的实战能力，选取多疾病靶点EGFR开展案例研究。在包含2616种FDA批准药物（含13种已知EGFR抑制剂）的化合物库中，HMRLBA凭借在PDBbind数据集上的预训练优势，仅通过SMILES字符串和蛋白结构即完成亲和力预测（图2A）。结果显示，HMRLBA将13种抑制剂中的11种成功排入预测榜单前30%，优于对比模型HaPPy（9/13）和MaSIF（8/13）（图2B）。尤为亮眼的是，HMRLBA是唯一将一线肺癌靶向药莫博赛替尼和奥希替尼同时推进至预测榜单前2%的模型，且对其中6种抑制剂赋予了最高亲和力评级，远超HaPPy（2种）、MaSIF（3种）和Holoprot（2种）（图2C-D）。上述结果有力证实了HMRLBA在真实药物筛选场景中的精准识别能力。 图2.案例研究：EGFR抑制剂的虚拟筛选 与聚焦临床应用的FDA药物库不同，BindingDB涵盖了已上市及在研化合物，为新药发现提供了更广阔的探索空间。为验证HMRLBA的广谱适用性，研究者在BindingDB精选数据集上进行了评估（图3A）。结果显示，在69个全新测试样本中，HMRLBA取得了最低的均方根误差（RMSE）和最高的皮尔逊相关系数，预测精度全面超越所有对比模型（图3B）。然后，以白血病治疗靶点Dot1L开展案例研究，在7种已报道的选择性抑制剂中，HMRLBA对其中3种的亲和力预测值与实验值最为接近，优于MaSIF（2种）、HaPPy（1种）和Holoprot（1种）（图3C）。这一结果暗示了HMRLBA在前瞻性化合物优选方面具备领先优势，有望成为早期药物研发的有效工具之一。 图3.案例研究：BindingDB数据集上的应用 此外，研究人员还将HMRLBA模型部署到了其团队前期开发的药物发现计算平台CAd3，实现了端到端的大规模虚拟筛选与先导化合物精准鉴定。 图4.药物发现平台Cad3中调用HMRLBA的操作界面 本文的第一作者和通讯作者为计智伟教授。人工智能学院博士生徐忠煜、硕士生杨骏驰、礼来公司（美国）陈凯博士、中国科学技术大学李志锦博士、南京农业大学黄金虎教授等参与了这项工作。UNC Chapel Hill的Weiling Zhao教授、UTHealth的Jiajia Liu助理教授为论文的撰写提供了宝贵建议。本项工作受到2025年国家外专项目、南京农业大学高层次人才科研启动费等经费支持。 原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211715626006739?via%3Dihub 园艺学院 李英、侯喜林教授团队开发适用植物的高效PAM-Relaxed-LbCas12a新工具 向上滑动浏览 近日，南京农业大学白菜系统生物学实验室在New Phytologist杂志发表了题为“Establishment of an Efficient and PAM-Relaxed LbCas12a Genome Editing Tool in Plants”的研究论文。该研究通过在LbCas12a-RRV中引入三重突变（D535G/S551F/D665N）以及与T5核酸外切酶融合，生成了T5exo-PF-LbCas12a。该工程化系统识别的PAM序列从5′-VTTV-3′扩展至5′-NYHV-3′；在不结球白菜、番茄和水稻的非经典PAM位点均表现出高效的编辑活性。此外，它还能通过微同源介导的末端连接（MMEJ）途径在植物中成功介导大片段缺失。该研究扩大了Cas12a在植物中的靶向范围，并首次提供了Cas12介导的基于MMEJ的大片段缺失在植物中的证据。该工具集有助于功能基因组学和作物改良研究，且该方法易于推广至其他植物物种。 CRISPR-Cas系统已广泛应用于植物遗传改良。Cas12a作为II类V型核酸酶，具有T-rich PAM、仅需单crRNA、自加工crRNA阵列、产生交错末端等优于Cas9的独特特性，为多重基因编辑提供了简化平台。然而，目前Cas12a在植物中的应用仍局限于少数物种，且靶向范围受严格的TTTV PAM序列限制。尽管已有工程化改造提升效率和拓宽PAM，但植物中兼具高效率和广靶向范围的Cas12a系统仍有待开发。本研究以不结球白菜为主要对象，在前期建立的遗传转化体系基础上，筛选并工程化改造LbCas12a-RRV，构建T5exo-PF-LbCas12a系统，旨在建立一种高效且PAM松弛的植物基因组编辑工具，并验证其在多物种中的通用性。 为了在不结球白菜中部署CRISPR-Cas12系统，根据其优势特性选择了三种核酸酶—FnCas12a、LbCas12a-RRV和enAsCas12a。以八氢番茄红素脱氢酶（BcPDS）基因为靶标。在测试靶点中，FnCas12a和enAsCas12a均表现出可忽略的活性，前者仅在TTTC/TTTG位点显示极低编辑效率（1.96%–4.26%），而后者则完全无活性。与之形成鲜明对比的是，LbCas12a-RRV在TTTG和TTTC位点表现出高达87.83%–92.96%的编辑效率，即使在编辑难度较大的TTTA位点也保持有效活性（60.32%）。在使用LbCas12a-RRV核酸酶的转化实验中，叶片组织和再生芽表现出几乎完全白化的表型（图1）。 图1 LbCas12a-RRV在不结球白菜中表现出强大的基因组编辑能力 随后在LbCas12a-RRV中引入了三个突变（D535G/S551F/D665N），以生成Plant-Flex-LbCas12a（PF-LbCas12a）。将其与T5核酸外切酶融合，构建了T5exo-LbCas12a-RRV系统。为评估其编辑活性，我们在不结球白菜的BrPDS基因中设计了七个靶位点（TTAC、TCAG1、CCAC、TCAG2、TTA、TTC、TTG）。T5exo-PF-LbCas12a在VTTV位点的编辑效率为45.46%–84.81%，在NYHV位点的编辑效率为36.02%–40.78%，分别较PF-LbCas12a提升2–4倍和>20倍；在TTTV位点的效率为48.24%–76.76%，略低于T5exo-LbCas12a-RRV（84.10%–100%），但仍保持较高水平（图2）。 图2 通过LbCas12a-RRV进行蛋白质工程改造靶向不结球白菜中更松弛的PAM序列并进一步优化 利通T5exo-PF-LbCas12a在18个不同YHV PAM靶点进行测试，其中15个检测到编辑活性（83.3%），效率范围1.70%–78.99%。验证T5exo-PF-LbCas12a的植物普适性，我们以番茄（双子叶）和水稻（单子叶）为材料，在SlPDS和OsPDS中针对6个非经典PAM位点（CAG、CCG、TCC、CAC、CCC、CTC）进行编辑评估（图3-4）。结果表明，番茄在CAG、TCC、CCG、CTC位点检测到编辑活性（3.05%–62.82%），水稻在CAG、CCC、TCC、CCG、CTC位点表现稳定（6.23%–77.04%）。综上，T5exo-PF-LbCas12a在单子叶和双子叶作物中均保持稳定编辑活性，证实其广泛植物适用性，可有效靶向植物基因组中5′-NYHV-3′位点，显著放宽PAM限制。 图3 T5exo-PF-LbCas12a系统在不结球白菜中对18个5'-YHV-3' PAM位点的编辑活性 图4 T5exo-PF-LbCas12a在水稻和番茄中对YHV PAM位点的编辑活性测试 大片段基因删除对于创制完全功能缺失突变体至关重要。传统上，片段删除主要依赖NHEJ途径，而微同源介导的末端连接（MMEJ）是另一种DNA修复机制。利用T5exo-PF-LbCas12a，在白菜Brnym1基因（Bra013656）上设计了3组MMEJ靶点，成功在不结球白菜中实现了Cas12a介导的MMEJ大片段删除，并创制了不结球白菜持绿新种质（图5）。 图5 通过T5exo-PF-LbCas12a介导的微同源末端连接（MMEJ）辅助精准大片段删除，创制不结球白菜持绿种质 通过在不结球白菜中的逐步优化，本研究开发了高效且PAM松弛的T5exo-PF-LbCas12a基因编辑系统。该系统在单子叶模式植物水稻和双子叶模式植物番茄中均表现出稳定的编辑活性，证实了其跨谱系适用性。此外，该系统在原始宿主中成功实现了持绿种质的创制以及MMEJ介导的精准大片段删除。这些发现确立了T5exo-PF-LbCas12a作为适用于多种植物基因组编辑的通用平台，为功能基因组学研究和作物遗传改良提供了有力工具。 南京农业大学园艺学院张昌伟副教授，侯喜林教授，中国农业科学院植物保护研究所李方方研究员和上海市农科院杨学东副研究员为该论文的共同通讯作者。南京农业大学王耀龙博士，徐欢欢博士，硕士生鲁文君和万志文博士为该论文的共同第一作者。论文的合作者还包括南京农业大学李英教授，蒋芳玲教授，刘同坤教授，肖栋讲师，南京农业大学钟山青年研究员徐子妍，硕士生王文龙，陈成雨，潘尔阳。 该研究得到了以下项目的资助：新疆维吾尔自治区重点研发计划项目（2025B02008）、国家重点研发计划项目（2022YFD1200502）、国家蔬菜产业技术体系项目（CARS-23-A-16）、江苏省种业振兴项目（JBGS[2021]064）、江苏高校优势学科建设工程项目（PAPD）、农业科技创新计划项目、基础研究中心项目（CAAS-BRC-CB-2025-02），以及上海市农业科学院AI赋能农业专项项目（沪农科AI-A [2025] 004）。 文章链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.71498 园艺学院 白菜系统生物学团队揭示BcCSN1提高不结球白菜耐寒性新机制 向上滑动浏览 近日，南京农业大学白菜系统生物学团队在Horticulture Research在线发表题为“ABA-mediated COP9 SIGNALOSOME SUBUNIT 1 (BcCSN1) enhances cold tolerance in non-heading Chinese cabbage by stabilizing the BcICE1 protein”的研究论文，揭示COP9信号体亚基BcCSN1通过调控BcICE1蛋白稳定性提高不结球白菜耐寒性的分子机制。 不结球白菜（Non-heading Chinese cabbage，NHCC）是我国重要的叶菜类蔬菜作物，具有生长周期短、营养价值高等特点，广泛种植于我国及东亚地区。作为一种喜冷凉环境的蔬菜，不结球白菜仍容易受到冬季低温和突发霜冻的影响。持续低温或极端降温会导致植株叶片萎蔫、根系受损，严重影响植株生长发育、产量形成以及商品品质。因此，解析不结球白菜耐寒性调控机制，挖掘关键耐寒基因，对于培育耐寒优质新品种具有重要意义。 本研究以不结球白菜耐寒关键因子BcICE1为切入点，通过酵母双杂交筛选获得其互作蛋白BcCSN1。进一步利用BiFC和split-LUC等实验验证发现，BcCSN1能够在细胞核中与BcICE1发生直接互作。遗传学分析进一步证明了BcCSN1在植物耐寒过程中的重要作用。研究发现，在拟南芥和不结球白菜中过表达BcCSN1均能够显著增强植株的抗冻能力，而沉默BcCSN1则导致植株耐寒性明显下降。同时，低温条件下，BcCSN1过表达能够激活经典的CBF-COR冷响应途径，提高植物低温适应能力。 ABA处理结果显示，BcCSN1响应ABA信号，其过表达植株表现出更强的ABA敏感性。进一步研究发现，BcCSN1与ABA受体BcPYL5互作；在ABA存在时，BcPYL5能够促进BcCSN1与BcICE1的结合。体外蛋白降解实验表明，BcCSN1可抑制BcICE1降解，且该作用在低温和ABA条件下进一步增强。沉默BcICE1后，BcCSN1过表达产生的耐寒优势基本消失，说明BcCSN1对低温响应的调控依赖BcICE1蛋白。 本研究提出ABA-BcPYL5-BcCSN1-BcICE1调控模型：低温胁迫促进ABA积累并激活ABA信号，ABA结合受体BcPYL5后促进BcCSN1与BcICE1互作，维持BcICE1蛋白稳定，进而激活下游CBF-COR通路，提高不结球白菜耐寒性。该研究揭示了ABA信号调控BcICE1蛋白稳态的新机制，为不结球白菜耐寒遗传改良提供了新的候选基因。 南京农业大学已毕业博士生沈云楼和在读博士生王耀龙为论文共同第一作者，侯喜林教授和李英教授为该论文共同通讯作者，课题组研究生王光鹏、丁强、高瞻远、任海波、冉家俊以及刘同坤教授、张昌伟副教授参与本项研究，同时获得浙江省农科院蔬菜所程远研究员帮助。本项目得到了江苏省种业振兴“揭榜挂帅”项目、中央高校基本科研业务费专项资金以及国家大宗蔬菜产业技术体系项目的资助。 文章链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhag316 动物科技学院 刘红林教授团队揭示HSP90α乳酸化“双开关”驱动线粒体生物发生新机制 向上滑动浏览 7月21日，南京农业大学动物科技学院刘红林教授团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）在线发表题为“HSP90α lactylation orchestrates PGC1α and LRPGC1 nuclear translocation driving mitochondrial biogenesis”的研究论文。该研究发现，乳酸可通过诱导热休克蛋白90α（HSP90α）发生特定位点乳酸化，协同调节其磷酸化状态，进而促进PGC1α及其异构体LRPGC1进入细胞核，启动线粒体生物发生，并增强雌二醇合成和卵泡发育。研究揭示了糖酵解代谢与卵巢线粒体功能之间一条新的分子通路。 线粒体是细胞能量代谢的核心，也是卵巢类固醇激素合成的起始场所。卵泡生长过程中，颗粒细胞快速增殖、分化以及雌激素合成都需要充足的能量和线粒体支持。过去，乳酸常被视为糖酵解的终产物；近年来的研究表明，它还可作为信号代谢物，通过赖氨酸乳酸化等蛋白质翻译后修饰调节细胞功能。团队前期研究已观察到乳酸能够促进颗粒细胞线粒体生物发生，但乳酸信号如何传递至线粒体生物发生的核心调控因子，仍缺乏清晰的机制解释。 研究首先发现，乳酸可通过单羧酸转运蛋白MCT1进入细胞，显著提高线粒体DNA拷贝数、线粒体标志蛋白TOM20水平和细胞氧耗率。阻断乳酸摄取，或分别敲低PGC1α、LRPGC1，乳酸诱导的线粒体扩增和呼吸增强均受到抑制，表明PGC1α和LRPGC1的核转位是乳酸促进线粒体生物发生的关键环节。在低氧条件下，抑制乳酸生成同样阻断LRPGC1入核，进一步说明内源性乳酸也参与该过程。进一步筛查发现，乳酸并不直接修饰PGC1α或LRPGC1，而是显著增强二者与HSP90α的结合。HSP90α是一类高度保守的分子伴侣，通常负责客户蛋白的折叠、稳定和转运。体外蛋白结合、药理抑制、RNA干扰及CRISPR/Cas9基因敲除等多种证据共同表明，HSP90α如同“分子护航者”，直接结合PGC1α和LRPGC1，并促进其转运至细胞核；缺失HSP90α后，这一核转位过程及随后的线粒体生物发生均被阻断。作为对照，敲低同家族的HSP90β并未产生相同效应，说明该功能主要由HSP90α特异承担。 图1 HSP90α调控PGC1α/LRPGC1核转位并促进线粒体生物发生 乳酸如何启动HSP90α的“护航”功能？研究发现，乳酸在ACSS2和GTPSCS作用下转化为乳酰辅酶A，随后由乳酰转移酶CREBBP将乳酰基团转移至HSP90α。研究团队通过免疫沉淀联合质谱分析获得1352个HSP90α互作蛋白，再从中筛出15种候选酰基转移酶；逐一敲低后，只有CREBBP缺失显著降低HSP90α乳酸化。纯化蛋白和体外乳酸化实验进一步证实，CREBBP的HAT结构域能够直接催化这一反应。质谱分析还鉴定出HSP90α的4个乳酸化位点，其中K58和K616是发挥功能的关键位点。将这两个赖氨酸突变为不能发生乳酸化的精氨酸后，HSP90α与PGC1α/LRPGC1的结合和核转运能力明显下降，线粒体DNA复制、TOM20表达和氧化呼吸也受到抑制，从而确立了CREBBP介导的HSP90α位点特异性乳酸化在该过程中的核心作用。 研究还揭示了乳酸化与磷酸化两类蛋白质翻译后修饰之间精巧的“交叉对话”。值得注意的是，乳酸处理并未简单提高或降低HSP90α的总体磷酸化水平，而是重新分配了两个功能位点的磷酸化状态：HSP90α的K58乳酸化可增强其对ULK1激酶的招募，促进邻近S39位点磷酸化；K616乳酸化则通过空间位阻减少CDK5与HSP90α结合，抑制S596位点磷酸化。这两个方向相反、功能协同的“分子开关”，共同使HSP90α维持有利于结合客户蛋白的构象，增强PGC1α和LRPGC1入核。磷酸化模拟和缺失突变实验表明，两处开关中任一环节受阻都会削弱核转位，双位点同时受阻时作用更加明显。进入细胞核后，PGC1α/LRPGC1与NRF1/2结合，激活Tfb1m、Tfb2m和Tfam等线粒体生物发生相关基因的转录，由此完成从糖酵解代谢信号到线粒体扩增的连续调控。 图2 HSP90α K58/K616乳酸化与S39/S596磷酸化协同调控线粒体生物发生 功能实验进一步表明，新生线粒体不仅提升了颗粒细胞的能量代谢能力，还促进胆固醇向线粒体转运，为类固醇激素合成提供底物，最终提高雌二醇产量。在小鼠体内，乳酸处理增强了卵巢颗粒细胞HSP90α乳酸化及其与PGC1α/LRPGC1的结合，同时提高线粒体生物发生水平、血清雌二醇浓度和有腔卵泡数量；使用CREBBP抑制剂C646后，上述效应受到明显抑制，进一步验证了该信号轴在卵泡生长和卵巢功能调控中的生理作用。 图3 HSP90α乳酸化促进线粒体胆固醇富集、雌二醇合成及卵泡发育 综上，本研究揭示了一条由HSP90α双位点乳酸化介导的代谢-转录调控通路：该修饰通过协同调控磷酸化状态促进PGC1α/LRPGC1核转位，将糖酵解信号转化为线粒体生物发生与类固醇合成的执行指令。这一机制性突破不仅为理解卵泡发育的代谢调控提供了新的分子框架，也为开发靶向乳酸化修饰的生殖调控技术及治疗卵巢功能相关疾病提供了潜在干预靶点。 南京农业大学动物科技学院吴刚、李宏敏为论文共同第一作者，申明教授、刘红林教授为共同通讯作者。南京农业大学为论文第一署名单位。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、江苏省自然科学基金、江苏省农业科技自主创新资金及江苏省种业振兴“揭榜挂帅”项目等资助。 文章链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2528979123 生命科学学院 常明教授课题组在《Plant Communications》发表评论：细胞器中心型抗病小体信号通路 向上滑动浏览 当植物遭遇病原菌侵染时，NLR类型免疫受体通过直接或间接识别病原菌效应子，启动效应子触发的免疫反应（effector-triggered immunity，ETI）。ETI通常伴随着强烈而持续的胞内钙离子（Ca2+）信号激活，并进一步诱导程序性细胞死亡，即超敏反应（hypersensitive response，HR），限制病原菌扩散。19年以来，研究领域普遍认为NLR受体识别病原菌效应子后可组装形成抗病小体（resistosome），部分抗病小体定位于质膜并形成阳离子通道，促进细胞外Ca2+内流，从而启动免疫信号。然而，一个长期存在的重要问题是：仅依赖细胞外Ca2+内流，是否足以维持ETI过程中持续而强烈的Ca2+信号？ 事实上，植物细胞内部还存在丰富的Ca2+库，包括液泡（0.2–5 mM）、内质网（0.05–0.5 mM），以及线粒体（c. 200 nM）和叶绿体（c. 150 nM），其内部Ca2+浓度均高于细胞质（c. 100 nM）。尽管已有研究提示这些细胞器可能参与植物免疫相关Ca2+信号的调控，但细胞器Ca2+释放与NLR抗病小体之间长期缺乏直接的机制证据。近期发表于《Science》的一项研究首次揭示，一类辅助型NLR（helper NLR）可以定位于细胞器膜，并直接调动细胞器Ca2+库，为理解ETI过程中Ca2+信号的来源和空间组织方式提供了新的视角。 近日，南京农业大学生命科学学院常明教授团队联合贵州大学张利博教授团队，在《Plant Communications》发表题为“Organelle-centered resistosome signaling in plant immunity”的评论文章。该评论围绕近期发表于《Science》的研究成果，从辅助型NLR的膜定位与结构特化、细胞器Ca2+信号及其与植物免疫的潜在联系等方面进行了系统梳理和讨论，并进一步提出了细胞器Ca2+信号参与NLR介导免疫反应的一系列值得关注的问题，为深入理解NLR抗病小体的空间组织及其功能多样性提供了新的视角。 图1. 细胞器定位抗病小体介导的Ca2+信号传导模型 NRG1将抗病小体信号延伸至细胞器： 《Science》论文发现，在本氏烟草中，TIR-NLR类型免疫受体Roq1识别黄单胞菌效应蛋白XopQ后，通过EDS1–SAG101信号模块激活辅助型NLR NRG1。激活后的NRG1在叶绿体包膜形成点状聚集，并介导叶绿体基质中的Ca2+向细胞质释放，从而建立了NLR抗病小体与细胞器Ca2+库之间的直接机制联系。 这一发现突破了抗病小体主要定位于质膜、依赖细胞外Ca2+内流的传统认识，提示抗病小体可能根据其结构特征定位于不同膜系统，并利用不同的Ca2+来源参与免疫信号传导。值得注意的是，NRG1除叶绿体外，还可定位于线粒体和内质网，但这些定位是否同样能够介导细胞器Ca2+释放，目前仍有待进一步研究。 结构特化赋予辅助型NLR差异化膜定位能力： 为什么NRG1能够定位于细胞器，而经典辅助型NLR却主要定位于质膜？研究发现，NRG1与经典CC-NLR辅助型蛋白NRC4在N端结构上存在显著差异。NRG1具有延长的N端α4螺旋结构，这一结构是其细胞器膜定位的重要决定因素。进一步的实验表明，将NRC4强制定位于叶绿体会破坏其HR活性，并不能有效降低叶绿体基质Ca2+；而定位于叶绿体的NRG1仍能维持HR活性并促进叶绿体Ca2+释放。这些结果表明，抗病小体的功能不仅取决于其是否定位于膜，更与其所处的特定膜环境密切相关。 更为重要的是，研究人员对跨越约3.6亿年陆地植物演化历程的5个NRG1-like CCR-NLR进行了分析，发现这些蛋白均能够定位于叶绿体外膜，其中包括一个早于NRG1和ADR1分化的蕨类植物成员。尽管这些实验采用了异源表达体系，但其高度保守的叶绿体定位特征提示，细胞器定位可能是NRG1类辅助型NLR长期演化形成的一种古老机制，而并非本氏烟草中的物种特异性现象。 细胞器中心型抗病小体提出新的科学问题： 这一研究将抗病小体的功能从质膜拓展至细胞器，也带来了多个值得深入研究的问题。首先，NRG1如何跨越叶绿体双层膜实现Ca2+释放？其自身是否能够形成跨膜通道，还是需要与其他宿主蛋白协同？其次，叶绿体来源的Ca2+信号如何与活性氧（ROS）、水杨酸（SA）合成及细胞核转录重编程等免疫过程相互协调？此外，另一类重要的辅助型NLR，ADR1，是否也具有特定的细胞器定位及Ca2+调控功能？NRG1形成的叶绿体膜点状结构是否进一步组装为具有特定组织形式的高阶抗病小体复合物？病原菌是否已经进化出能够靶向这些细胞器抗病小体的新型免疫抑制机制？最后，叶绿体、线粒体、内质网和液泡等不同Ca2+库如何在时间和空间上协同，共同塑造ETI过程中复杂的Ca2+信号，仍有待进一步解析。 该研究拓展了对NLR抗病小体空间定位及Ca2+信号来源的认识，提示NLR介导的免疫信号可能具有比传统质膜模型更加复杂的空间组织特征。NRG1介导的叶绿体Ca2+释放也为进一步解析细胞器Ca2+信号与ETI之间的关系提供了新的研究方向，并为理解植物免疫信号的空间调控机制提出了新的科学问题。 南京农业大学生命科学学院博士研究生王琪、杨云生为共同第一作者，常明教授与贵州大学张利博教授为共同通讯作者。 论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590346226003408 园艺学院 梨创新团队联合国内外多家单位为梨树“减负” 向上滑动浏览  近日，南京农业大学园艺学院梨创新团队陶书田教授课题组联合三亚研究院、前沿交叉研究院、新疆农业大学和日本东京大学等国内外单位，在梨树合理负载量精准调控方面取得系列进展。研究团队围绕梨树“到底该留多少果，才能保证产量的同时提升果实品质”这一关键问题，持续开展多年田间试验与技术攻关，从解析梨树果实发育过程中“源-库”关系入手，进一步融合三维点云、树体表型分析与机器学习技术，实现基于整树叶片数量快速估算的单株合理负载量精准决策，逐步构建起“动态标准-叶量估算-负载决策” 的梨树合理负载量精准调控技术体系（图1）。 图1梨树合理负载量决策技术 合理负载量是协调梨树产量与果实品质的重要基础。果实留得过多，有限的光合产物需要分配给更多果实，容易造成果实发育不足、品质下降；留果过少，则可能造成产量损失。因此，梨树生产中通常需要通过疏果调节树体“源-库”关系。叶果比能够反映树体光合供给能力与果实负载之间的平衡，是科学确定合理负载量的重要生理指标。然而，传统生产中留果量主要依赖人工经验，已有的叶果比标准也多针对某一特定时期，难以充分反映随叶片生长和果实发育而不断变化的“源-库”关系。 针对这一问题，研究团队首先通过连续环剥试验，系统研究梨树整个果实发育过程中叶面积、果实数量与果实品质之间的关系，并结合多元统计和机器学习方法，筛选能够兼顾果实品质与产量的适宜叶面积果比。在此基础上，团队建立了梨树不同发育时期最适叶面积果比和叶果比动态标准，并通过田间试验验证其有效性。研究表明，合理调控叶果关系能够改善果实品质，而过度降低负载并不能带来品质的无限提升，反而可能影响产量（图2）。相关研究为梨树疏果从“凭经验留果”向“依据树体生理状态科学定量”转变提供了理论基础。 图2超过最适阈值的叶果比无法继续提高梨果品质 明确“叶果比”的标准之后，如何快速判断一棵梨树能够支撑多少果实，成为技术走向生产应用的另一关键问题。成年梨树冠层结构复杂、叶片数量庞大且相互遮挡，依靠人工逐片计数费时费力，难以满足疏果期快速决策的实际需求。为此，团队进一步将三维点云、树体表型解析和机器学习相结合，探索如何利用冠层结构特征间接表征整树叶片数量，从而将难以直接测量的叶片数量转化为可快速获取和计算的树体结构信息的方案。 围绕这一目标，研究团队采集不同品种、不同生育时期梨树的三维点云数据，自主开发FTPCT树体三维结构参数分析软件，实现树高、冠幅、冠层体积、冠层表面积、冠层投影面积以及点云空间分布等多类树体结构参数的标准化提取。在此基础上，通过机器学习建立树体三维结构特征与整树叶片数量之间的定量关系。研究发现，冠层结构中蕴含着能够表征叶片数量的重要信息，其中冠层体积是反映整树叶量的重要结构特征，为利用树体三维表型快速估算叶片数量提供了新的技术路径（图3）。 图3 冠层体积等树体三维结构性状是反映整树叶量的重要结构特征 与逐片识别和重建叶片的传统思路不同，该方法无需对复杂冠层中的每一片叶片进行单独分割，而是利用少量关键树体结构参数推算整树叶量，降低了对超高精度点云和复杂计算过程的依赖。FTPCT软件将相关处理流程集成到图形化界面中，可完成树体点云处理和关键结构参数提取，为三维表型技术从科研分析走向果园生产应用提供了工具支撑。 在此基础上，团队进一步将“整树叶片数量估算”与前期建立的“最适叶果比动态标准”进行衔接：首先通过三维点云获取单株树体结构特征并估算叶片总量，再依据不同发育阶段的最适叶果比，计算每棵树适宜保留的果实数量，形成“树体表型获取-叶片数量估算-合理负载量计算-精准疏果决策” 的完整技术流程。由此，梨树负载量管理由过去面向整个果园的统一经验标准，进一步发展为依据单株树体生长状况进行差异化决策。 为检验该技术的实际应用效果，研究团队连续多年开展田间验证。结果表明，基于树体实际生长状态进行负载量调控，可以在保持产量稳定的同时改善果实大小及部分品质性状（图4），表明该方法具有较好的田间应用潜力，为梨树稳产提质提供了新的技术支撑。 图4 依据该合理负载量决策技术进行疏果可实现梨果“提质稳产” “减负”并不是简单地让梨树少结果，而是根据每棵树自身的“供养能力”，科学确定最适宜的果实负载。系列研究从最适叶果比这一生理基础出发，进一步利用数字化技术解决整树叶片数量难以快速获取的问题，实现了从“经验疏果”到“标准定量”，再到“单株精准决策”的逐步跨越。相关研究降低了传统叶果比方法在成熟果园中的应用门槛，为数据驱动的梨树精准花果管理提供了新的技术路径，也为苹果、桃等多年生果树合理负载量的数字化调控提供了参考。 本研究由南京农业大学、日本东京大学和新疆农业大学合作完成。南京农业大学园艺学院/三亚研究院陶书田教授牵头开展研究，张帆航博士、王琪博士及前沿交叉研究院许浒、吴庚宸博士生等为主要研究人员，日本东京大学二宫正士教授和南京农业大学前沿交叉研究院穆悦博士参与合作，园艺学院/三亚研究院张绍铃院士为研究提供重要指导。该研究得到新疆维吾尔自治区重大科技专项、江苏省基础研究计划、江苏省农业科技自主创新资金、中国博士后科学基金和国家现代农业（梨）产业技术体系等项目支持。 原文信息： 基于三维点云的梨树合理负载量估算可以在不损失产量的同时提高果实品质，https://doi.org/10.1016/j.plaphe.2026.100225 基于结果枝环剥和机器学习的梨树最佳叶果比研究，https://doi.org/10.34133/plantphenomics.0233 园艺学院 菊花遗传与种质创新团队揭示植物激素ABA调控菊花耐盐性的新机制 向上滑动浏览 8月21日，园艺学院菊花遗传与种质创新团队在国际学术期刊Science Advances在线发表了题为“Abscisic acid-regulated stability of CmABF1 and CmBRM modulates salt tolerance in chrysanthemum via epigenetic regulation of CmHSFA4”的研究论文，揭示了植物激素ABA通过蛋白磷酸化修饰介导染色质状态，精准调控逆境响应基因CmHSFA4表达增强菊花耐盐性的新机制。 菊花是我国十大传统名花与世界四大切花之一，具有观赏、茶用、药用等价值，经济价值高。盐害严重影响菊花生长、产量和品质，造成严重经济损失，已成为制约菊花产业健康发展的瓶颈问题之一。揭示菊花盐胁迫响应机制为菊花耐盐育种及盐碱地利用具有十分重要的意义。团队前期发现CmHSFA4-CmMYBS3-CmTPL蛋白复合体通过表观修饰抑制CmMYB121表达，正向调控菊花耐盐性（Plant Biotechnology Journal, 2017; Plant Physiology, 2024），但盐胁迫响应基因CmHSFA4的上游调控机制尚不清晰。 研究发现，盐胁迫能够促进菊花体内ABA积累，ABA响应转录因子CmABF1结合耐盐基因CmHSFA4启动子，诱导其表达。盐胁迫下积累的ABA激活关键蛋白激酶CmSnRK2.2。激活的CmSnRK2.2一方面通过磷酸化CmABF1增强其稳定性，促进耐盐基因CmHSFA4表达；另一方面，激活的CmSnRK2.2通过磷酸化促进CmBRM降解，解除表观修饰因子CmBRM对CmHSFA4的抑制作用，提高CmHSFA4启动子区染色质可及性，促进激活型组蛋白修饰H3K4me3富集，诱导CmHSFA4表达上调，从而提升菊花对盐胁迫的耐受性。 该研究揭示了一种新的ABA介导盐胁迫响应机制。植物并不是简单通过激活转录因子响应胁迫，而是借助ABA信号路径蛋白激酶调节蛋白稳定性和染色质状态，实现对耐盐基因表达的精准调控。本研究提供了盐胁迫下ABA信号与表观修饰联系的直接证据，阐述了植物将盐胁迫信号转化为基因表达响应的新作用方式，为园艺植物耐盐改良提供了新的理论依据和潜在基因靶点。 南京农业大学园艺学院陈素梅教授为论文通讯作者，钟山青年研究员王新慧博士为论文第一作者，陈发棣教授、蒋甲福教授、王利凯教授、王振兴教授、李盛本教授、周李杰副教授、德克萨斯理工大学施华中教授、硕士生王晗、蒋雨含、博士生卫宏宇、王悠、李菲及张一参与了部分研究工作。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家资助博士后研究人员计划、江苏省重点研发计划和海南省自然科学基金等项目的资助。 文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aed2521 理学院 张明智教授团队受“防晒霜”启发构建智能纳米载药体系 向上滑动浏览 近日，南京农业大学理学院张明智教授团队联合天津大学福州国际学院吴敏副教授团队，在国际权威期刊《Advanced Science》上发表题为“Sunscreen-inspired Nano-pesticide for UV-Shielding and Laccase-responsive Delivery of Mancozeb with Enhanced Fungicidal Efficacy and Ecological Safety(受防晒霜启发的代森锰锌纳米农药：兼具紫外防护、漆酶响应释放、提升杀菌活性与生态安全性能)”的研究论文。 该研究巧妙借鉴日常防晒霜的紫外防护原理，将防晒霜中邻苯二甲酸酯类光吸收剂共价修饰至高分子聚合物Pluronic F127（URF）中，并与天然高分子木质素磺酸盐（SL）自组装，成功构建了一种集紫外遮蔽、病原菌漆酶响应释放与超强叶面黏附于一体的防晒型智能纳米载药体系（MCB@URFSL），为代森锰锌的减量增效与安全升级开辟了全新路径。 图：MCB@URFSL设计原理与作用机制 从“防晒”到“护药”：日常护肤灵感催生纳米载体创新 研究的设计灵感源于日常生活中防晒霜的保护机制。防晒霜中的邻苯二甲酸酯类成分具有优异的紫外吸收特性，能够有效屏蔽紫外线对皮肤的伤害。研究团队敏锐地捕捉到这一特性与代森锰锌“怕光”缺陷之间的契合点，创新性地将此类光吸收剂共价修饰至Pluronic F127聚合物链上，构建出兼具紫外屏蔽功能与药物载体性能的两嵌段共聚物URF。随后，通过与天然高分子木质素磺酸盐（SL）的自组装，成功制备了载药量高、粒径均一（约180 nm）的防晒型纳米颗粒MCB@URFSL。 图：智能纳米颗粒MCB@URFSL的制备和表征 这一纳米载体如同为代森锰锌穿上了一套高效的“防晒外衣”。研究表明，在连续5天的强紫外线（UVA）照射下，MCB@URFSL仍能保留超过60%的抑菌活性，显著抑制了代森锰锌的光解失效，大幅延长了其田间持效期；而传统代森锰锌抑菌率仅剩35%。同时，纳米颗粒表面的亲和基团显著增强了其在作物叶片（如番茄叶）表面的湿润铺展能力与抗雨水冲刷性能，有效提升了农药的叶面沉积利用率。 图：MCB@URFSL抗紫外线能力和离体杀菌活性对比 智能响应，精准打击：漆酶触发的“定向释放” 除了解决光解难题，MCB@URFSL系统还实现了对病原真菌的“定向打击”。研究团队充分利用了病原真菌侵染植物时会分泌漆酶（Laccase）特异性降解木质素的生物学特性，在纳米载体中自组装引入木质素磺酸盐组分，赋予纳米系统智能响应释放功能。当病原真菌入侵并分泌漆酶时，纳米载体中的木质素磺酸盐组分被真菌漆酶特异性降解，触发代森锰锌的精准释放，实现对植物病原菌的“定向爆破”。这一设计不仅提高了杀菌效率，更大幅减少了农药在非靶标区域的无效释放，在漆酶存在下，活性成分释放率在24小时即可达到50%，60小时达到80%的释放。 图：MCB@URFSL真菌漆酶特异性降解和代森锰锌精准释放 Safe-by-Design：从“爆裂释放”到“安全兼容” 在全球农药生态安全监管日趋严格的大背景下，研究团队以“安全设计（Safe by Design）”理念为指导，对该纳米给药系统开展了系统的生态安全性评价。结果表明，经纳米载体封装后的代森锰锌制剂对人皮肤角质细胞（HaCaT）、土壤模式微生物（大肠杆菌）以及水生模式生物（斑马鱼）的毒性均显著下降，实现无毒或低毒的剂型效果。在50 μg/mL暴露浓度条件下，斑马鱼连续暴露7 d未出现个体死亡；而同等条件下对比实验中，传统制剂处理组斑马鱼1 h内即全部死亡，同时，传统制剂对人皮肤角质细胞具有显著高毒性。纳米剂型可有效规避代森锰锌传统制剂带来的非靶标生物毒副作用，具备优秀的田间生态兼容性，拥有良好的应用前景。 图：MCB@URFSL生物安全性 战略意义：为经典农药的可持续应用提供“中国方案” 在全球农药绿色转型与监管趋严的大背景下，代森锰锌因安全性争议在欧盟市场遭遇禁用的现实，凸显了传统高毒农药剂型亟需技术升级的全球性需求。张明智教授团队联合吴敏副教授团队研发的紫外线屏蔽型智能纳米农药系统，不仅从技术上攻克了代森锰锌光解快、利用率低的核心缺陷，更通过“安全设计”理念显著降低了其对生态环境和非靶标生物的安全风险。这一成果为代森锰锌这一经典大宗杀菌剂的“绿色升级”和可持续应用提供了切实可行的技术路径，对推动农药减量增效、保障粮食安全与生态安全的协调发展具有重要的现实意义和应用价值。 南京农业大学为该论文的第一署名单位与通讯单位，理学院硕士毕业生严瑾为论文第一作者，理学院张明智教授与天津大学福州国际联合学院吴敏副教授为论文共同通讯作者。埃塞俄比亚贡德尔大学Gizachew Mulugeta Manahelohe副教授，南开大学国家农药工程研究中心边强正高级工程师、先正达（英国）研究中心顾玉诚教授对该研究提出了宝贵指导意见。利民控股集团股份有限公司步海燕和马衍峰为本研究提供代森锰锌原药样品。该研究得到了教育部基础学科和交叉学科突破计划生物肥药学科突破先导项目、科技部国际杰青项目（埃塞俄比亚-24-002）、福建省“百人计划”和福州市科技重大项目等项目的资助。 论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.77197 资源与环境科学学院 沈其荣院士团队揭示哈茨木霉根系早期定殖新机制 向上滑动浏览 近日，我校沈其荣院士团队在《Science Advances》发表题为“O-Glycosylated Expansin ThSWO condensates drive Trichoderma harzianum attachment to rice root during the colonization process”的研究论文。研究揭示了生防真菌哈茨木霉（Trichoderma harzianum）通过O-糖基化膨胀素ThSWO与岩藻糖结合凝集素ThFFSL的协同作用，在水稻根表实现高效附着的分子机制，并构建了真菌早期定殖的时空模型。该成果深化了对真菌—植物早期互作机制的认识，也为提升木霉的根际定殖效率提供了新的理论依据。 有益微生物稳定定殖植物根系，是其持续发挥促生、防病功能的重要前提。尽管膨胀素（expansin）可松弛植物细胞壁，凝集素（lectin）可通过识别特定糖结构介导微生物与宿主互作，但二者如何在真菌抵达根表后的早期附着阶段协同作用，仍缺乏深入认识。 研究发现，哈茨木霉分泌的膨胀素蛋白ThSWO兼具细胞壁松弛与凝聚锚定功能。其D1和D2结构域中的D310、D348、Y394、Y395等关键残基可有效松弛水稻细胞壁纤维素的结晶结构；同时，ThSWO富含丝氨酸的内在无序区（IDR）及多个O-糖基化位点促使其形成生物分子凝聚体，并富集于水稻根细胞壁间隙。凝聚体糖基化修饰上的岩藻糖残基进一步结合岩藻糖结合凝集素ThFFSL，使其在根表实现定位。被锚定的ThFFSL可引导菌丝伸长，并通过提高菌丝表面粗糙度、比表面积和孔体积，增强菌丝的根表附着能力。 膨胀素蛋白ThSWO凝聚体特性及根表吸附分析 基于上述发现，研究构建了“膨胀素凝聚体锚定—凝集素增强菌丝—O-糖苷酶解离”的哈茨木霉早期附着时空模型：定殖初期，ThSWO通过IDR和O-糖基化形成凝聚体并锚定于根细胞壁间隙，一方面发挥细胞壁松弛作用，另一方面作为富含岩藻糖的“支架”结合ThFFSL，促进菌丝伸长和稳定附着；定殖后期，O-糖苷酶去除ThSWO的糖基化修饰，促使复合体解离并降低ThSWO对根系的吸附，从而减少持续润胀可能造成的损伤，实现附着过程的动态调控。该研究解析了真菌早期定殖中关键附着步骤的分子基础，建立了膨胀素与凝集素之间的直接功能联系，为定向提升木霉根际定殖与生防效能提供了新的理论靶点。 哈茨木霉根系早期定殖机制示意图 南京农业大学是论文第一完成单位，已毕业博士生陈辰为论文第一作者，刘东阳教授、沈其荣教授为共同通讯作者，南方科技大学李耀旺教授参与指导。研究得到国家自然科学基金联合基金重点项目、国家自然科学基金青年基金及江苏省自然科学基金青年基金资助。 文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef7536 农学院 国家大豆改良中心在大豆耐密植分子育种和避荫反应作用机制上取得重要进展 向上滑动浏览 近日，南京农业大学作物遗传与种质创新利用全国重点实验室许冬清教授课题组在《Plant Physiology》学术期刊上发表了题为“The transcription factors GmBBX17 and GmSTFs antagonistically regulate shade avoidance in soybean by oppositely modulating GmSRG1 transcription”的研究论文，揭示了大豆避荫反应的调控通路。 该研究鉴定到受避荫信号显著抑制的细胞壁修饰基因GmSRG1，其编码一个非典型的木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶（XTH）同源蛋白。CRISPR-Cas9敲除GmSRG1导致茎秆和叶柄伸长、细胞尺寸增大；过表达则引起矮化和叶柄缩短，表明GmSRG1通过限制细胞扩展负调控避荫反应。生化分析显示，GmSRG1缺失导致木葡聚糖含量升高且降解活性降低，提示其参与调控细胞壁木葡聚糖代谢。 在分子机制上，转录因子GmBBX17受避荫诱导积累，直接结合GmSRG1启动子并抑制其转录；而GmSTF1/2则结合同一启动子的C-box元件激活GmSRG1表达，但避荫信号会促进GmSTFs蛋白降解。进一步研究发现，GmBBX17与GmSTFs存在物理互作，前者能削弱后者与DNA的结合能力并抑制其转录激活功能，二者形成拮抗对精确调控GmSRG1表达。在蛋白层面，GmSRG1与具有典型催化活性的同源蛋白GmXTH23互作。GmXTH23促进木葡聚糖积累和细胞伸长，而GmSRG1通过拮抗GmXTH23的功能增强木葡聚糖降解，从而限制细胞扩展。 Figure 1. A working model of the GmBBX17–GmSTFs–GmSRG1 pathway in inhibiting shade avoidance in soybean 综上，该研究构建了"GmBBX17-GmSTFs-GmSRG1-GmXTH23"的完整信号通路：正常光照下GmSTFs激活GmSRG1，抑制GmXTH23，维持紧凑株型；避荫时GmBBX17积累、GmSTFs降解，导致GmSRG1下调，解除对GmXTH23的抑制，促进细胞伸长。该研究将光信号转录调控与细胞壁代谢直接关联，为培育耐密植高产大豆提供了重要靶标。 南京农业大学农学院博士研究生边叶挺和钟山青年研究员赵峰月博士为论文第一作者；许冬清教授为论文通讯作者；江苏省农科院宿迁农科所张黎杰副研究员对该工作进行了指导和帮助。本研究得到了国家重点研发计划项目，国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等项目资助。 论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiag636 农学院 智慧农业团队在大豆籽粒蛋白质含量大尺度遥感监测方面取得重大进展 向上滑动浏览 近年来，南京农业大学智慧农业团队对大豆籽粒蛋白质含量遥感监测进行了深入研究。研究结果以“Combining the time-series of vegetation index during the optimal window with dynamic canopy physiological features for soybean grain protein prediction”为题，发表在国际著名顶级遥感期刊《ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing》。 大豆籽粒蛋白质含量（Grain protein content, GPC）是表征大豆品质与营养价值的核心指标之一。及时准确地监测大豆GPC能够指导不同地区品种筛选、田间管理措施调控，有助于保障我国粮食安全。目前，农业生产过程中气候条件、肥水管理与耕作措施引起作物生长的空间异质性以及年际间差异，降低籽粒品质估算模型的精度与普适性。在这方面，现有研究大多依赖于特定生育期获取的结构或形态特征进行GPC估算，未考虑大豆籽粒蛋白质的形成依赖于光合碳同化、氮代谢及能量转化的过程，并且受到气象与环境变化的影响。所得模型在大尺度推广应用方面准确性低、稳定性差。对此，如何充分利用时间序列遥感信息，并且聚焦其中最具信息量的关键阶段，是大豆GPC遥感估算过程中的一个关键问题。 该研究首先利用不同时间驱动因子与Cubic-spline算法重建时间序列曲线。随后，提出滑动窗口迭代算法，同时提取生理参数动态特征作为模型协变量，并且筛选最优植被指数与最佳时间窗口（Optimal time window, OTW）组合，进而构建大豆GPC估算模型。最后，将所得模型升尺度到Sentinel-2卫星绘制区域尺度大豆GPC空间分布图。 结果表明，利用红边叶绿素植被指数（Red edge chlorophyll index, CIrededge）时间序列在不同情景下表现最佳，而累计生长度日可以有效缓解年际和区域之间气候差异的影响。本研究利用不同的植被指数、动态特征、时间驱动因子和机器学习算法，设置三种不同的建模场景（包括完整植被指数时间序列、植被指数最佳时间窗口以及最佳时间窗口结合动态特征），构建了188个GPC模型进行精度的对比（图1），进而筛选精度最高的GPC模型。随后，将所得模型推广应用于遥感影像，绘制我国不同大豆主产区GPC空间分布图，取得较高的精度（图2）。 图1. 188个GPC估算模型的误差。（a）利用完整植被指数时间序列构建所得的模型（Model I）。包括不同的机器学习算法、时间驱动因子。（b）分别利用植被指数最佳时间窗口、最佳时间窗口结合动态特征构建所得的模型（Model II和Model III）。每组色条代表用于GPC预测的植被指数与用于反演动态特征的植被指数的组合。性能最佳的组合用红色标签突出显示。 图2. 基于Sentinel-2遥感数据绘制区域尺度大豆GPC的空间分布，包括黑龙江部分地区（a）、安徽省与河南省部分地区（b），并且利用地面实测数据测试GPC空间分布图的精度（c）。 该研究由南京农业大学国家信息农业工程技术中心完成，中心2023级硕士研究生张明睿为论文第一作者，朱艳教授与姚霞教授为通讯作者。曹卫星教授、程涛教授、江冲亚教授、田永超教授、Timothy A.Warner教授、郑恒彪副教授、李伟博士等在论文撰写方面提供了帮助。研究得到了国家重点研发专项、国家自然科学基金等项目资助。 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2026.05.052 农学院 姜东教授团队基于无人机多源遥感数据提出了全生育期小麦表型提取新框架 向上滑动浏览 目前，无人机系统已广泛应用于小麦不同生育时期的表型信息获取。二维影像具有较高的空间分辨率和丰富的光谱、纹理信息，可用于冠层覆盖度、冠层面积等表型性状提取，但缺乏垂直方向的空间结构信息，在高密度种植和冠层相互遮挡条件下，小区边界识别及结构性状解析仍存在一定局限。三维点云能够较完整地表征小麦冠层的空间结构和高度变化，在小区分割和冠层结构分析方面具有明显优势，但其纹理和光谱信息相对有限。因此，充分发挥二维影像与三维点云的互补优势，实现不同数据源在小区尺度上的协同分割、精准配准与联合分析，是提高小麦全生育期表型信息自动化获取精度和效率的关键。基于此，有必要构建面向无人机二维与三维多源数据的一体化处理框架，为小麦小区精准分割及多维表型性状的高通量提取提供技术支撑。 近日，南京农业大学农学院姜东教授团队在Computers and Electronics in Agriculture期刊上发表了题为“Full-season wheat phenotyping using UAV-based multi-source remote sensing: dynamic time-series modeling and high-throughput trait extraction”的研究论文。该研究基于无人机多源遥感数据、多源数据协同处理架构和动态时序表型，提出了小麦全生育期表型性状高通量获取、生育期识别与品种分类的新框架。 为解决上述问题，研究团队提出了一种基于无人机多源数据的小麦全生育期表型性状自动提取与分析方法。首先，构建了 Wheat Multi-source Data Segmentation Architecture（WMSA）多源数据处理框架，并在此基础上设计了一种引入 FCM 与 CSJE 模块的三维分割网络 3D Wheat Point-Transformer（3D Wheat PT），实现了小麦小区与背景点云的精确分离。同时，通过融合投影策略与特征匹配算法，实现了二维影像与三维点云在小区尺度上的精准配准。其次，开发了 WheatMorph 表型分析软件平台，集成二维与三维数据的可视化、自动分割和性状提取功能，构建了覆盖数据输入、处理与结果输出的自动化分析流程。进一步地，基于 15 个时序采样点获取的性状数据，构建了小麦性状动态变化曲线，用于生育期识别与品种分类，并结合动态性状特征建立机器学习预测模型。研究结果如下： 1、提出Wheat multi-Data segmentation architecture (WMSA)多源数据处理框架 研究共选取了长江中下游及黄淮海平原地区的210个自然小麦品种，并进行田间试验。为了涵盖这两个地区的气候和土壤特点，本研究选取江苏省南京市溧水区白马教学科研基地、江苏省徐州市睢宁县以及山东省德州市齐河县这三个具有代表性的地区代表反映长江中下游和黄淮海平原地区的小麦种植环境，进行了两年的田间试验。使用大疆无人机3M和3T行业版对小麦生育期进行多源遥感数据的采集，涵盖RGB影像、多光谱影像、热红外影像以及多视角影像。对于每个试验区块，从拔节期开始每隔6天，直到成熟期对15个具有典型代表的生长节点进行了多源数据的采集。 图1 种植区块规划 图2 多源数据采集以及三维数据预处理 本研究提出WMSA框架以同时处理小麦的二维与三维数据。对于输入的三维点云，沿种植方向及其垂直方向进行插值，将点云划分为若干的子点云。各子点云依次输入三维分割模型3D Wheat PT，得到分割后的小麦小区点云。然后，将分割结果进行拼接，得到完整的小麦小区点云。随后，采用投影算法，将三维点云投影到二维平面上。最后，使用特征匹配算法，通过映射的二维掩膜，匹配二维图像中的小麦小区掩膜，实现二维影像与三维点云在小区尺度上的精确对齐。 3D Wheat PT的整体架构包括五个关键环节：点云初始化与序列化Serialization、FCM模块、层次化编码器Encoder、CSJE模块、轻量解码器Decoder输出分割结果。其宏观结构保持 U-Net 框架一致性，包含四个编码阶段与四个解码阶段，并采用逐层池化与跳跃连接完成多尺度融合。 图3 WMSA架构示意 图4 多尺度性状提取示意 2、开发WheatMorph工具，集成三维和二维图像可视化、自动分割与表型提取功能，实现多源数据从读取、处理到结果输出的全流程自动化分析 WheatMorph应用软件采用模块化设计，主要包括三个核心功能区域:工具栏、点云展示界面和二维图像展示区域。主工具栏整合了从数据输入到输出的完整流程，包含七个功能模块，分别为二维三维数据读取、点云分割、特征匹配、光谱映射、性状分析、图表绘制和数据导出。 图5 WheatMorph工具功能示意 3、WMSA框架在不同种植模式地块的高泛化性 采用WMSA框架对白马教学科研基地、山东省德州市齐河县和江苏省徐州市睢宁县三地小麦品种进行了系统性的泛化试验。研究中选取了三地拔节期在N240处理下的三维点云与二维RGB数据，并和人工标注的结果进行比较。结果表明，WMSA框架在单行种植和多行种植的小麦种植小区均表现出理想的分割效果。 图6 WMSA框架在不同地块的处理效果示意 图7 3D Wheat PT模型性能展示 4、生育期划分与品种分类：利用15个采样时期的性状数据绘制性状变化曲线，并划分各个品种的生育期，并根据生育期对小麦品种进行分类。并利用动态性状建立机器学习预测模型 计算三个性状在N240处理下160个品种15个采样点的性状变化，根据每个性状的峰值点可以大致将品种分成五类别。同时，本研究也计算了五大类别各性状在各个采样时期的平均值，可以将小麦生长大致分为快速生长阶段、缓慢增长阶段以及下降阶段三个阶段。 图8 生育期划分示意 对 N240 处理下不同种植地区的性状动态变化进行了比较分析。结果表明，三地各性状的总体变化趋势基本一致，但在峰值大小及峰值出现时间上存在一定差异。就峰值大小而言，冠层高度以白马最高，其次为睢宁，德州最低；冠层面积表现为白马最大、德州次之、睢宁最小；而 LAI 的峰值在三地之间差异不明显。就峰值出现时间而言，冠层高度的峰值在白马和德州出现时间相近，且均早于睢宁；冠层面积和 LAI 的峰值则均表现为白马最早、德州居中、睢宁最晚。 本研究进一步基于相邻采样时点的性状动态变化率构建短期预测框架。总体结果表明，LSTM的综合预测性能优于XGBoost与RF，且三种性状中小区冠层高度的可预测性最高。在具体时间点上：冠层高度的最佳表现由LSTM获得，在127天（3.16）达到最高准确率76.7%；冠层面积的最高准确率由XGBoost在127天（3.16）获得，为71.2%; LAI的最高准确率同样由XGBoost在139天（3.28）获得，为68.6%。 图9 不同氮肥处理、不同种植地区下的性状差异与机器学习预测结果 综上，本研究搭建了一种融合无人机多源数据的小麦全生育期性状提取方法体系。首先设计了面向小麦群体二维与三维数据协同处理的 WMSA 框架，其中包含用于小麦群体三维分割的网络模型 3D Wheat PT。该模型在 Precision、MIoU、Recall 和 F1-score 指标上分别达到了 95.2%、92.7%、93.4% 和 94.5%，表现出较高的分割精度。同时，结合投影方法与特征匹配策略，实现了二维影像中小麦小区掩膜与三维点云数据在小区尺度上的高精度配准，从而完成二维与三维信息的有效对齐。然后，本研究研发了WheatMorph应用软件以小麦全生育期的多源性状数据。最后，利用15个采样时间点的性状数据进行了生育期划分与品种分类，并利用动态性状建立机器学习预测模型。 本研究构建的多源无人机表型解析框架显著提升了小麦群体多时相性状获取的精度与效率，并结合动态性状建模与机器学习分析，拓展了高通量表型数据在生育期判别和品种识别中的应用深度，为小麦智能育种与田间精准管理提供了可靠的技术支撑。 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为本文的第一作者。小麦生理生态与生产管理团队钟山青年研究员陈佳玮为本文的通讯作者。小麦生理生态与生产管理团队姜东、李庆老师，研究生郭春梅、秦秉希、苏文龙、孙琦、裴子俊在论文撰写方面提供了指导和帮助。该研究得到了江苏省自然科学基金（BK20251511）、国家重点研发计划项目（2023YFD2300201）、国家自然科学基金（32021004）等项目的支持。 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.compag.2026.112383 资源与环境科学学院 徐国华团队建立“植物生物钟—根系信号—合成菌群”调控模块 向上滑动浏览 近日，南京农业大学资源与环境科学学院、作物遗传与种质创新利用全国重点实验室徐国华教授团队联合资环学院生态学团队武俊副教授，在国际权威期刊Cell Host & Microbe发表了题为“The rice circadian clock orchestrates the rhizosphere microbiome to synchronize nitrogen supply with plant demand”的研究论文。 该论文揭示了水稻生物钟核心组分Nhd1通过调控特征根系分泌物昼夜节律释放，驱动根际微生物氮循环基因呈现协同的节律动态表达模式，从而实现水稻昼夜氮吸收需求与土壤氮素供给在时序上的精准匹配。这一机制被认为是构成水稻高效利用氮素的重要时序调控策略。该研究创新性地建立了“植物生物钟—根系代谢信号—根际功能菌群”的氮素利用跨界协同调控通路，为水稻氮素高效利用的遗传改良、基因型适配型合成菌群生物菌剂的开发开辟了新的理论基础与应用路径。 氮肥是保障粮食安全的重要物质基础，但其利用效率普遍偏低。核心原因在于作物氮需求与土壤氮供给之间存在严重的时空失配，导致氮肥资源浪费并带来环境风险。土壤中绝大部分氮素以植物难以直接利用的有机形态存在，根系氮素吸收因而高度依赖根际微生物主导的有机氮矿化及形态转化过程。尽管已有大量研究表明根系分泌物可调控根际微生物群落组成及其功能基因表达，但哪些分泌物组分参与土壤氮素转化、其作用机制如何，仍属未知。这一认知空白使得作物氮需求与土壤氮供给的时空失配问题长期停留在表观描述层面，始终未能在植物遗传层面获得解析。 水稻是全球最主要的粮食作物之一，铵态氮是其核心氮源。徐国华团队前期研究发现，生物钟因子Nhd1参与水稻氮感知、氮转运、抽穗开花及稻米品质的调控，为本研究奠定了重要基础。 图1. 接种节律钟因子Nhd1调控的混合菌群提高水稻产量和氮肥利用效率 图2. 接种节律钟因子Nhd1调控的混合菌群后的田间效果 在本研究中，团队围绕Nhd1介导植物-根际微生物时序协同的分子机制开展了深入的系统研究。联合团队首先利用15N同位素示踪、非破坏性根盒时序宏转录组、土壤酶活测定等，发现水稻根系铵的吸收存在昼夜节律，Nhd1决定其振幅；水稻根际部分参与氮转化的微生物基因同样呈现昼夜节律表达；在铵吸收峰值期，微生物产铵相关酶活上调、耗铵过程受到抑制，与Nhd1共同实现“高需求—高供给”的同步窗口；Nhd1突变后，这一精妙时序耦合完全被打破，根际微生物氮转化基因节律紊乱，产铵、耗铵酶活时序失调，造成氮素供需错配。 进一步研究发现Nhd1依靠节律性根系分泌物输出，驱动根际微生物氮循环基因的昼夜表达模式。通过根系代谢组筛选，鉴定出两个受Nhd1调控的黄酮类物质：槲皮素-3-龙胆二糖苷（Q3Gen）与白麻苷（baimaside）。外源功能验证表明，二者均可上调微生物氮循环关键基因，提升根际有效铵水平。其中Q3Gen的分泌具有强烈的昼夜节律特征，在白天分泌达到峰值。此外，在根际，Q3Gen主要作为信号分子，而不是碳源，诱导目标功能菌株的氮代谢核心功能基因（特别是有机氮矿化基因gdh2与铵同化基因glnA）表达。 在此基础上，团队筛选出两株精准匹配Nhd1调控模式的功能菌株Brevundimonas bullata（GHX19，CGMCC no. 35707）和Pseudomonas chengduensis（GHX12，CGMCC no. 35708），同时构建了无拮抗的合成菌群SynC。体外与土壤实验证实SynC具备高效有机氮矿化与产铵能力，效果优于单菌株接种；Q3Gen能激活SynC氮代谢功能。为评估该生物钟—合成菌群模块的农业应用潜力，团队在南京白马、海南乐东两个气候与土壤迥异的试验点开展了不同水稻品种（含粳稻和籼稻）的田间试验。结果显示，接种SynC可极其显著地提升稻谷产量与氮肥利用效率；并发现，在Nhd1弱等位基因品种中，SynC增强Nhd1基因的表达与促生效果尤为突出（图1，图2）。 该研究构建了“Nhd1-Q3Gen-SynC”调控模块，建立起根际土壤氮素供给与作物氮素需求在时间维度上的匹配机制，形成了昼夜节律协同的跨界互作新范式，填补了生物钟调控植物—根际微生物跨界时序信号传导领域的机制盲区。该成果在以往强调不同生育周期养分供需匹配基础上，进一步突出了根际节律适配性—即作物昼夜养分吸收节律与土壤氮素供给时序的匹配—在提升农业生产效率中的关键作用；同时亦为适配水稻基因型的定制化微生物菌剂开发，以及氮高效水稻的分子育种提供了新的路径。 该文的第一作者为杜梦柯博士生，张抒南副教授、武俊副教授和徐国华教授为共同通讯作者。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省种业振兴揭榜挂帅等项目资助。 论文链接： https://doi.org/10.1016/j.chom.2026.08.016 理学院 张明智教授团队在Advanced Agrochem发表喹啉-吲哚杂合体综述论文 向上滑动浏览 近日，南京农业大学理学院张明智教授团队在农业化学领域权威期刊《Advanced Agrochem》在线发表综述论文“Quinoline-Indole Hybrids as Privileged Scaffolds: Synthetic Strategies, Biological Profiles and Medicinal Potential”。 论文系统梳理了1998—2026年间喹啉–吲哚杂合体的合成方法、生物活性与作用机制，既面向抗感染、抗肿瘤、抗阿尔兹海默等医药需求，也为农业病害防控中“抗性治理—绿色合成—分子创制”提供了可借鉴的骨架融合思路。（见图1） 图1：高生物活性的喹啉-吲哚杂合体分子结构 当前，无论是在临床用药还是农药/兽药应用中，耐药性问题都在持续加剧；与此同时，病害发生往往由多环节、多靶点因素共同驱动，单靶点、单药效团策略的局限性日益凸显。喹啉和吲哚均为典型含氮优势骨架：喹啉由吡啶环与苯环稠合而成，是奎宁、氯喹、甲氟喹、环丙沙星、拓扑替康等上市药物的核心结构；（见图2）吲哚则为苯并吡咯骨架，广泛存在于血清素等神经递质及多种抗菌活性物质中，维拉佐酮、帕比司他、地拉夫定、吲哚洛尔、吲哚美辛、Maxalt（利扎曲普坦）、乌米诺韦、昂丹司琼等药物均含吲哚单元。（见图3）将两类“优势结构”通过活性亚结构拼接融合，可在保留原有识别特征的同时拓展多靶点作用空间，因而成为突破传统药效团设计的重要方向。 图2：商品化的喹啉类分子结构 图3：商品化的吲哚类分子结构 该综述的核心内容是围绕“如何高效构建骨架”和“骨架能产生何种生物功能”两条主线展开。在合成策略上，论文归纳了过渡金属催化的C–N键形成与氧化偶联（见图4）、钯催化的Buchwald–Hartwig胺化及Heck型环化、铑催化的C–H活化与环化、EDC/HOBt或BOP介导的酰胺偶联、亲核芳香取代（SNAr）与亲核加成–消除反应，以及一锅法多组分环化/缩合等路径；同时特别关注催化与绿色化学方法，如水相Rh(III)环化、铁催化一锅转化、微波促进级联环化、PEG-400/可见光促进反应、壳聚糖-离子液体负载FeCl3多组分反应等，体现了原子经济性、步骤经济性和低废排放靠拢的趋势。 图4：喹啉-吲哚杂合体的骨架构建及金属催化反应机理 在生物活性与作用机制方面，该综述覆盖抗阿尔茨海默、抗细菌、抗癌、抗利什曼、抗疟、抗结核、抗病毒和抗真菌等方向，并归纳了huprine Y–色氨酸杂合体、tacrine–吲哚杂合体、喹啉–吲哚–Schiff碱、indolo[2,3-b]quinoline胍类衍生物、青蒿琥酯–indoloquinoline杂合体以及喹啉–靛红杂合体等代表性分子。机制上，杂合体可通过DNA嵌入/拓扑异构酶抑制、碳酸酐酶IX/XII抑制、微管蛋白秋水仙碱位点结合与G2/M阻滞、ROS累积、疟原虫血红素聚合阻断、细菌膜去极化与质子驱动力干扰、FtsZ聚合/GTP酶抑制，以及利什曼原虫DHFR-TS/PTR1和半胱氨酸蛋白酶抑制等多途径发挥作用。值得关注的是，论文重点分析了高活性喹啉–吲哚杂合体56t与烟草花叶病毒外壳蛋白TMV-CP的相互作用模式，显示其通过碳氢键、范德华力、π-阳离子、π-π堆积、烷基/π-烷基及疏水作用等多重作用增强抗病毒效应；这一结果对植物病毒病防控药剂设计具有直接启示。（见图5）类似地，抗耐药念珠菌、隐球菌及生物膜形成的结构相近骨架，也提示喹啉–吲哚/氮杂稠环体系在农业真菌病害防控中的开发潜力。 图5：高活性的喹啉-吲哚杂合体56t与烟草花叶病毒外壳蛋白（TMV-CP）的分子间相互作用机制图 该综述的不止于“总结活性”，更在于搭建了“医药—农药”共享的分子设计平台：一方面，喹啉–吲哚平面芳香骨架、可调控的氢键供受体与脂溶性特征，适合进一步优化靶向植物病原菌膜系统、病毒外壳蛋白或寄生生物关键酶的选择性；另一方面，绿色催化与一锅法策略可降低复杂杂环活性分子的制备成本与环境负荷，契合绿色农药和可持续农业的发展方向。论文展望中指出，当前研究仍多停留在体外活性与分子对接层面，明确靶点、体内药效、药代/毒理及抗性风险评价仍显不足；未来需结合结构生物学、计算化学与农业生物测定，建立可预测的构效关系模型，推动候选分子从“高活性”走向“可开发”。 南京农业大学为该论文第一署名单位和通讯单位。埃塞俄比亚贡德尔大学Gizachew Mulugeta Manahelohe副教授与南京农业大学理学院研究生李承松为共同第一作者，张明智教授为通讯作者；先正达中国施楚新、陈曦、李峰及理学院研究生汪洋参与资料整理与修订，贵州大学郝格非教授在论文写作与逻辑梳理方面提出重要建议。研究得到国家重点研发计划（2023YFD1700500）、国家自然科学基金（22677080）和科技部国际杰青计划项目（TYSP，Ethiopia-24-002）的支持。 论文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2773237126 智慧农业学院 舒磊教授团队在太阳能杀虫灯部署方面连续取得新进展 向上滑动浏览 近日，南京农业大学智慧农业学院舒磊教授团队在太阳能杀虫灯部署优化研究方面连续取得新进展。团队关于复杂山地茶园三维地形部署的研究论文“Optimizing Solar Insecticidal Lamp Deployment on 3-D Terrain: A Novel Surface Coverage Model for Enhanced Pest Control in Tea Plantations”发表于《IEEE Transactions on Industrial Informatics》；关于融合摄像头开展杀虫灯节点部署与入侵监测的研究论文“Optimal Deployment of Solar Insecticidal Lamps With Cameras in Smart Agriculture”发表于《IEEE Transactions on Green Communications and Networking》。前一项研究面向茶园三维曲面建立表面覆盖模型，综合考虑茶树高度、杀虫灯安装高度与茶垄空间分布，优化山地茶园中的设备部署；后一项研究将杀虫灯与摄像头结合，构建兼顾害虫防治和入侵监测的SIL-IoVTs，并提出双层优化算法实现节点协同部署。两篇论文第一作者均为舒磊教授团队成员司鹏举，通讯作者均为舒磊教授。 南京农业大学智慧农业学院舒磊教授团队长期聚焦太阳能杀虫灯物联网（SIL-IoTs）节点部署优化问题，围绕平原混合作物农田约束部署、权重驱动部署、维护成本约束部署、部分覆盖与能量采集协同部署、山地茶园三维复杂地形部署等科学难题持续攻关，多篇研究成果相继发表于IEEE Internet of Things Journal、IEEE Transactions on Industrial Informatics、IEEE Transactions on AgriFood Electronics等国际权威期刊。团队成员杨帆博士获批国家自然科学基金青年项目一项（项目号：62102170），其博士学位论文荣获南京农业大学校级优秀博士学位论文。团队针对现实农业生产中杀虫灯只能部署于田垄、农机通行约束、田间维护开销、山地起伏三维地表等实际工程痛点，构建了从二维平地约束部署、兼顾维护开销的加权部署，再到山地三维曲面协同优化部署的完整技术体系，为绿色植保装备的科学布设提供理论模型、优化算法与仿真验证方案。 (a)   农田中关键顶点的标记  (b) 农田中田块的标注(c)   田埂区域的生成   (d) 模拟地图的生成 图1. 面向实际农田的地形建模 针对传统杀虫灯部署算法大多假设节点可任意布设，忽略农田实际物理约束的问题，团队较早开展混合作物农田约束下杀虫灯部署问题研究，论文《Optimal Deployment of Solar Insecticidal Lamps Over Constrained Locations in Mixed-Crop Farmlands》发表于IEEE Internet of Things Journal（2021）。该研究指出，实际农田中杀虫灯仅允许布设在田垄候选点位，种植区、水塘等区域禁止布设；同时不同农作物会造成无线信号路径损耗差异。研究将约束杀虫灯部署问题cSILDP建模为连通集合覆盖CSC问题，并证明该问题属于NP-hard。论文提出HANDM两阶段算法：第一阶段迭代选点，严格控制每轮新增节点仅产生单一覆盖空洞，降低后续补点数量；第二阶段通过删除、融合操作消除冗余节点、合并高度重叠节点，在满足全域全覆盖、网络连通的前提下最小化部署节点数量。仿真结果表明，HANDM对比GRLD、GAA、CLBGA、R-Gr等对比算法，能够显著降低部署成本，在不规则边界、存在障碍物的混合作物农田场景适应性更强。 (a)   部署位置约束示意图 (b)   针对不规则区域的部署策略示意图 图2. 太阳能杀虫灯实际部署的位置约束及部署策略示意图 在HANDM研究基础上，团队进一步考虑农田不同候选点位价值差异，发表论文《Improved Coverage and Connectivity via Weighted Node Deployment in Solar Insecticidal Lamp Internet of Things》，刊载于IEEE Internet of Things Journal（2021）。在经济作物与粮食作物共存农田场景，高价值经济作物区域需要优先保障防控效果。研究定义候选位置综合权重，兼顾经济作物区、粮食作物区的覆盖收益，将加权杀虫灯部署问题wSILDP抽象为加权集合覆盖WSC问题。提出LDMGA分层贪心部署算法，模拟树木年轮由外向内分层布设节点；后续通过替换、删除、融合三项操作迭代调优，同时最小化部署数量、最大化候选点总权重，兼顾网络全覆盖与连通约束。仿真表明LDMGA在部署开销、总权重指标上优于R-Gr、WGA、GAA等对比算法，实现高价值区域的防控优先，更契合差异化农田生产需求。 图3. 基于分层的太阳能杀虫灯部署策略示意图 上述两项工作主要面向覆盖效果、点位权重优化，但是没有充分考虑杀虫灯后期田间维护开销。实际场景中，杀虫灯高压网会持续黏附虫体，需要人员定期清理维护；部署在农户高频通行路径附近的点位维护人力成本更低。针对该痛点，团队发表论文《A Trajectory-Inspired Node Deployment Strategy in Solar Insecticidal Lamps Internet of Things Under Coverage and Maintenance Cost Considerations》，提出兼顾覆盖效果与维护成本约束的cSILDP-CMC问题。该工作利用农业工人田间运动轨迹，对田垄每条道路边计算通行频次，量化每个候选点位的维护开销，构建同时考虑覆盖收益与维护开销的综合权重。提出迭代部署算法IDM，该算法由CWBGA综合权重贪心算法与NLAA节点位置调整算法两个模块构成：CWBGA基于综合权重迭代选点，引入冗余检查、融合检查削减节点数量；NLAA在保证全覆盖、网络连通前提下，将已有节点替换为维护成本更优的可替换候选点，同时引入重叠方差指标避免节点覆盖区域过度重叠。仿真实验表明IDM在部署成本、总综合权重、覆盖均匀度三个维度均优于LDMGA、GAA、WGA、R-Gr，实现“布设数量、防控覆盖、后期维护成本”多目标权衡，为大规模农田杀虫灯工程布设提供新的优化思路。 (a)   粘附在高压电网上的害虫尸体 (b)   农业从业人员轨迹数据获取的处理流程 图4. 兼顾覆盖与维护成本约束的太阳能杀虫灯部署问题 在维护成本约束研究的基础上，团队进一步将部署优化从“全覆盖”拓展至“部分覆盖+能量采集”协同场景，发表论文《A Node Deployment Strategy in Solar Insecticidal Lamps Internet of Things with Respect to Partial Coverage and Energy Harvesting Requirements》，刊载于IEEE Transactions on Sustainable Computing。该研究指出，在有限预算下，强制要求农田全覆盖会导致部分杀虫灯覆盖效率偏低，增加基础设施成本；部分覆盖策略反而具有更高的性价比。同时，杀虫灯的杀虫与数据传输任务均依赖太阳能采集，而树荫、山体等遮挡会显著影响其能量采集能力。为此，研究将约束杀虫灯部署问题cSILDP-PCEH建模为配额节点加权Steiner树QNWST问题，并证明其NP-hard。论文提出能量采集感知算法EHA：首先利用贪心算法获得全覆盖解，并基于该解为每个候选位置分配边际收益；随后调用QNWST近似算法，在满足预定覆盖阈值Δ、网络连通的前提下，最小化总成本并最大化能量采集潜力。仿真结果表明，EHA在保证网络连通和覆盖水平相当的情况下，能量采集潜力最低提升16.45%，部署成本较Greedy、NuSC、HANDM、LDMGA分别降低至少16.45%、1.2%、68.51%、75.8%，为预算受限、能量采集条件差异明显的农田场景提供了新的部署思路。 前述研究均建立在二维平面假设，难以适配山地茶园等起伏复杂地形。传统把三维地形直接投影至二维平面的部署方案极易产生覆盖盲区。为此，团队面向山地茶园场景开展三维地表部署研究，论文《Optimizing Solar Insecticidal Lamp Deployment on 3-D Terrain: A Novel Surface Coverage Model for Enhanced Pest Control in Tea Plantations》发表于IEEE Transactions on Industrial Informatics。该研究将茶园山地抽象为旋转二次函数构成的三维曲面，考虑茶树株高、杀虫灯架设高度、梯田田垄分布约束，构建全新三维曲面覆盖模型，解决二维投影带来的覆盖空洞问题。创新提出CAB覆盖附加效益评价指标，将防控增产收益、部署总成本结合，统一衡量部署方案的经济效益。进一步提出三维覆盖协同优化机制，分解为梯度方向、平面方向两个混合整数规划子问题：梯度方向沿山坡等高线自上而下求解最少节点；平面方向求解最优旋转角度，实现同一高程环带上的均匀布设。仿真结果显示，该三维协同优化机制在保障较高覆盖率同时，CAB指标显著优于DCRT-PCA、Voronoi、遗传算法Gen、强化学习RL对比方案，适合梯田茶园这类非平坦复杂农林场景；同时论文也讨论了不同杀虫灯有效半径、节点间距对综合收益的影响，给出山地茶园工程部署的参数参考依据。 图5. 面向山地茶园的太阳能杀虫灯部署策略示意图 除上述以地面固定节点为核心的部署研究外，团队还针对迁飞性害虫突发场景和杀虫灯防盗监测需求，将部署问题拓展至无人机平台与视频监控融合的新场景。论文《Target-Barrier Coverage Improvement in an Insecticidal Lamps Internet of UAVs》发表于IEEE Transactions on Vehicular Technology（2022），该研究将杀虫灯嵌入无人机形成IL-IoUAVs，利用无人机灵活机动、可快速降落布设的优势，解决地面固定杀虫灯难以应对害虫爆发式增长的问题。研究提出ε-target-barrier coverage概念，采用概率感知模型描述杀虫灯对害虫的诱杀能力，将最小化无人机数量问题转化为目标屏障圆合并问题，提出基于凸包和最小生成树的合并算法，将多个目标屏障圆合并为更大的屏障，显著减少所需无人机数量。论文《Optimal Deployment of Solar Insecticidal Lamps With Cameras in Smart Agriculture》发表于IEEE Transactions on Green Communications and Networking（2026），针对杀虫灯高价值易被盗毁的现实问题，提出在杀虫灯节点上嵌入摄像头形成SILC节点，构建同时具备杀虫与监控功能的SIL-IoVTs。研究首次联合考虑区域覆盖（杀虫灯全向感知模型）与目标覆盖（摄像头方向感知模型），建立以最小化总成本为目标的双层优化模型：主问题部署杀虫灯实现区域全覆盖，子问题部署摄像头实现对所有杀虫灯节点的目标全覆盖。提出双层优化算法，通过主问题与子问题交替迭代求解，并证明该问题为NP-hard。仿真结果表明，该方法在保障区域覆盖与目标覆盖的同时，总成本显著优于DCRT-PCA、CLBGA等对比算法，为高价值农业物联网设备的防盗监测提供了新的部署范式。 图6. 无人机杀虫灯节点示意图 从时间脉络看，团队围绕太阳能杀虫灯物联网部署优化是循序渐进、层层迭代的完整研究链条。2020年，团队首先研究分区农田下基于遗传算法的部署策略，针对存在分割子区域、可穿透障碍物农田开展探索，提出分区节点部署策略。2021年，连续发表两篇IEEE IoT Journal论文，分别提出HANDM算法解决二维农田约束部署问题，提出LDMGA加权部署算法，解决经济作物优先保护的加权部署问题。2022年前后，进一步引入农业工人轨迹信息，量化维护成本，建立cSILDP-CMC优化模型，开发IDM迭代部署算法，将后期运维开销纳入部署优化目标；同时将部署场景拓展至无人机平台，提出基于概率感知模型的ε-target-barrier coverage，利用无人机机动性应对迁飞性害虫爆发。2023年，团队还在IEEE Internet of Things Journal发表论文，提出完整区域ε-概率覆盖模型，将概率覆盖模型引入不规则农田区域覆盖问题，通过选取特定目标点将连续区域覆盖转化为离散点覆盖，并设计具有可证明近似比的近似算法。2025年前后，团队进一步将部署优化拓展至部分覆盖与能量采集协同场景，提出EHA算法，在有限预算下实现覆盖、连通与能量采集潜力的多目标权衡[8]。2026年，团队将部署模型由二维平面拓展至真实山地三维曲面，建立面向茶园的三维曲面覆盖模型与CAB效益评价指标，形成山地复杂地形的协同优化方案；同时针对杀虫灯防盗监测需求，提出SIL-IoVTs双层优化部署框架，联合优化杀虫灯区域覆盖与摄像头目标覆盖。 上述系列工作彼此衔接，从无约束部署走向田垄点位硬约束；从单纯追求节点数量最少，拓展到兼顾作物经济价值、田间维护人力开销；从全覆盖走向部分覆盖与能量采集协同；由二维平地拓展到山地三维曲面；由地面固定节点拓展至无人机平台与视频监控融合场景，形成一套包含模型定义、NP-hard复杂度证明、贪心/近似/双层优化算法、多维度评价指标、仿真验证的完整研究链条。该系列工作也揭示了不同部署方案之间的权衡关系：二维平地部署算法计算速度快，但在起伏山地容易产生覆盖空洞；三维模型可以适配复杂地表，但计算开销更大；优先降低部署数量会抬高后期维护开销，优先降低维护成本又会增加设备采购投入；全覆盖方案覆盖效果好但成本高，部分覆盖方案性价比更优但需要合理设定覆盖阈值；地面固定节点部署成本低但难以应对突发虫情，无人机平台机动性强但单次作业时间受电池限制，需要结合农田地形、运维条件、虫情动态做综合权衡。 未来太阳能杀虫灯部署的研究将向多约束联合优化方向演进：融合能量采集能力、故障容错、防盗约束；空地协同，结合无人机辅助监测与地面固定节点协同部署；面向更大规模真实农田开展实地部署验证；结合虫情时空分布实现动态自适应部署；探索三维复杂地形下的多目标协同优化与计算加速方法。相关成果对绿色物理防虫装备的科学布设、降低植保综合成本、推动智慧农业落地具有重要理论支撑价值。 论文1链接：https://doi.org/10.1109/TII.2026.3696947 论文2链接：https://doi.org/10.1109/TGCN.2025.3592412 园艺学院 菊花团队揭示高温重塑植物株型的分子机制 向上滑动浏览 高温不仅影响植物的生长速度和产量，还会悄然改变植物“长成什么样”。那么，植物究竟如何感知高温，并进一步将温度信号转化为分枝和株型的变化？ 近日，南京农业大学园艺学院菊花遗传与种质创新利用团队在《Plant Physiology》发表了题为“CmHSFA3-CmBRC1a-CmHB40 module inhibits axillary bud development in response to high temperature”的研究论文。该研究以菊花为材料，解析了高温条件下腋芽发育受到抑制的分子机制，揭示了由热激转录因子CmHSFA3、分枝核心调控因子CmBRC1a和转录因子CmHB40构成的调控级联，为理解环境温度如何参与植物株型建成提供了新的分子证据 高温是全球农业生产和园艺作物栽培过程中面临的重要环境胁迫之一。除影响植物生长、产量和品质外，高温还会改变植物株型结构。分枝作为决定植物形态建成和观赏价值的重要性状，其在高温条件下受到抑制的分子机制一直缺乏深入解析。 本研究发现，高温显著诱导热激转录因子CmHSFA3表达。进一步研究表明，CmHSFA3可直接结合并激活分枝调控基因CmBRC1a的表达；随后，CmBRC1a进一步调控CmHB40，促进脱落酸（ABA）积累，最终抑制菊花腋芽发育和侧枝形成。 研究建立了“高温感知—转录调控—激素响应—株型变化”的分子调控模型，揭示了高温响应因子CmHSFA3如何连接经典BRC1分枝调控途径，并通过CmBRC1a-CmHB40-ABA调控级联影响腋芽发育。该研究拓展了植物环境适应与形态建成调控机制的认识，为解析园艺植物在气候变化背景下的株型可塑性提供了新的研究视角。 高温通过CmHSFA3-CmBRC1a-CmHB40-ABA模块抑制菊花腋芽发育 的模型 南京农业大学园艺学院菊花遗传与种质创新利用团队宋爱萍教授和房伟民教授为该论文的通讯作者，靳津预博士为论文第一作者，陈发棣教授也参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金‌、中央高校基本业务费等项目的资助。 全文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiag668 园艺学院 蔬菜生理生态实验室在番茄干旱记忆机制研究方面取得新进展 向上滑动浏览 近日，南京农业大学园艺学院蔬菜生理生态实验室在Plant Biotechnology Journal发表题为Unravelling Mechanisms of Acquired Drought Tolerance by Priming in Tomato Using Integrative Multi-Omics Phenotypic Analysis的研究论文，系统揭示了番茄通过干旱预处理（priming）获得抗旱能力的生理与分子机制。 在作物生产中，干旱往往反复发生。番茄能否“记住”曾经经历的干旱，并在下一次干旱来临时做出更快、更强的响应？ 研究团队首先对30份番茄基因型进行筛选，依据气体交换参数、干旱损伤指数和生物量等指标，鉴定出干旱敏感型与耐旱型材料。进一步试验发现，获得抗旱性与材料本身的基础抗旱性并不直接相关：无论是敏感型还是耐旱型，经过适度干旱预处理后，均能提升对后续干旱的适应能力。 干旱预处理主要通过优化气孔调节发挥作用。预处理植株在再次遭遇干旱时，能维持更合理的气孔开度，既减少无效水分散失，又避免CO₂供应过度下降，从而提高净光合速率和瞬时水分利用效率，减轻后续干旱损伤。 研究发现，H₂O₂在番茄干旱记忆建立中扮演关键信号角色（图1）。干旱预处理期间H₂O₂的积累，能在复水及再次干旱时激活更高效的ROS清除与信号调控网络。外源H₂O₂处理可部分模拟预处理效应，而H₂O₂产生抑制剂DPI则会削弱保护作用。H₂O₂还与ABA信号形成反馈调节，帮助植株在二次干旱中更快、更强地响应。 值得注意的是，这种获得性耐受具有胁迫特异性。干旱预处理能显著增强番茄对后续干旱的耐受性，但并不能提高其对高温胁迫的耐受性，甚至在某些基因型中表现出负面效应。这表明，干旱记忆并非广谱抗性，交叉胁迫记忆不能简单外推。 为解析分子基础，研究人员整合转录组与蛋白质组分析，鉴定出518个与干旱记忆相关的转录本，并锁定HSP90、WRKY26、WRKY31等关键候选基因，主要富集于MAPK信号通路和苯丙烷类生物合成等通路。通过病毒诱导基因沉默（VIGS）实验，研究进一步证实WRKY26是获得性干旱耐受性的负调控因子——沉默WRKY26后，番茄在再次干旱下萎蔫减轻、光合性能更优，显示出作为育种靶点的潜力。 干旱预处理增强番茄植株干旱韧性的关键发现 南京农业大学周蓉副教授为论文的第一兼通讯作者，博士生李延凯为论文共同第一作者，吴震教授和蒋芳玲教授为共同通讯作者。已毕业硕士生王歌和陈虹、南京农业大学虞夏清副教授、江苏省农科院王银磊研究员、上海市农科院杨学东研究员、美国密苏里大学Zhen Lyu、Trupti Joshi和Ron Mittler教授、华北理工大学宋小明教授、丹麦奥胡斯大学Carl-Otto Ottosen教授、英国兰卡斯特大学Ian Charles Dodd教授参与了该工作。该研究得到江苏省种业振兴、国家重点研发计划青年科学家项目、国家大宗蔬菜产业技术体系等项目的资助。 全文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70757 、 植物保护学院 稻麦真菌病害控制团队揭示作物“锁毒”抗病新策略 向上滑动浏览 近日，南京农业大学植物保护学院张正光教授领衔的“稻麦真菌病害控制”团队李刚教授课题组，在国际权威学术期刊Cell Host & Microbe在线发表了题为 “Myo-inositol metabolism counteracts mycotoxin hijacking and confers broad resistance to fungal diseases in crops”的研究论文。该研究通过构建植物-毒素互作图谱，揭示了真菌毒素劫持作物中心代谢并促进病害扩展的机制，并进一步建立了由肌醇代谢驱动的毒素“液泡隔离”抗病新路径。 由镰刀菌复合种引发的小麦/大麦赤霉病和玉米穗腐病等病害在全球范围内广泛流行，不仅造成作物产量损失，还会在籽粒中积累以呕吐毒素（deoxynivalenol，DON）为代表的多种小分子真菌毒素，威胁粮食安全。毒素是重要的致病因子，探究毒素与作物的分子互作，是实现抗病与减毒协同提升的关键。 研究团队首次在植物中利用蛋白质-小分子互作技术，鉴定了DON毒素的小麦靶标蛋白，并构建小麦-DON互作图谱。进一步结合赤霉病群体遗传关联分析，锁定了其中6个参与NAD⁺依赖型中心代谢的关键酶靶标。研究发现，DON可竞争性结合这些代谢酶的NAD⁺结合位点，抑制酶活，进而劫持作物中心代谢。同时，中心代谢受损会引发细胞内NAD⁺/NADH比例失衡，进一步促进DON毒素跨过质膜进入细胞，形成“毒素劫持→代谢紊乱→毒素入侵”的毒性循环，最终加剧细胞死亡，促进赤霉病扩展。 面对毒素的劫持，植物也具有相应的防御机制。研究发现，靶标之一的肌醇-1-磷酸合酶（MIPS）作为代谢开关，可将原本进入糖酵解的部分碳流引导至肌醇通路，特异性促进质膜磷脂酰肌醇PI(4,5)P2合成并激活内吞与囊泡运输，将质外体中的DON毒素运送至液泡，实现空间隔离。这一“锁毒”机制减少了毒素与细胞质靶标的接触，维持代谢稳态，降低细胞死亡，最终提高植物抗病性。 连续两年的田间试验表明，过表达TaMIPS的小麦植株表现出增强的赤霉病抗性，可挽回超过30%的产量损失，并显著降低籽粒毒素积累。基于MIPS在作物中的高度保守性，类似的效果也在玉米穗腐病中得到验证：过表达ZmMIPS可挽回超过24%的病害产量损失，并降低籽粒毒素含量。在正常生长条件下，转基因小麦和玉米植株的产量和主要农艺性状不受影响。为进一步推动育种应用，团队利用CRISPR技术精准编辑了TaMIPS基因上游开放阅读框（uORF）序列，在不改变编码序列的前提下解除翻译抑制并提升蛋白水平，成功在田间实现了小麦抗病性提升与籽粒毒素降低的双重效果。 综上所述，该研究揭示了病菌毒素劫持与寄主“锁毒”防御的分子博弈机制，实现了作物抗病、减毒与稳产的协同提升，为抗病低毒育种提供了新资源与新策略。 植物保护学院在读博士研究生夏小波、王渝华、黄楠和江苏省农业科学院何漪研究员为论文共同第一作者。植物保护学院稻麦真菌病害控制团队李刚教授为论文通讯作者，团队负责人张正光教授、植物保护学院王源超教授、农学院王巍教授和高夕全教授等参与了本研究并提供重要指导。该研究得到了教育部基础学科和交叉学科突破计划先导项目、国家重点研发计划及江苏省杰出青年基金等项目支持。 全文链接：https://doi.org/10.1016/j.chom.2026.09.001 来源 | 南京农业大学新闻网、各学院官网