Nano Today[2022 IF17.4] 中國(guó)農科院作科所等單位研究發現功能(néng)化納米碳材料可協同提高(gāo)糧食作物(wù)産量與耐鹽性

2023年(nián)10月(yuè)28日，中國(guó)農業(yè)科學院作物(wù)科學研究所丁在松聯合浙江大學塗江平在國(guó)際著名學術(shù)期刊Nano Today 在線發表了題為(wèi)“Functionalized carbon nano-enabled plant ROS signal engineering for growth / defense balance”的研究論文，解析了功能(néng)化的納米碳材料（FCN），通(tōng)過觸發植物(wù)細胞膜外的活性氧波，誘導植物(wù)的“系統獲得性抗性”和“系統獲得性适應性”響應，協調植物(wù)生(shēng)長(cháng)與抗性平衡的機(jī)制；研究首次提出了調控作物(wù)高(gāo)産與抗性平衡的“活性氧工(gōng)程”策略。

該研究基于羧基基團在分子識别和氧化還(hái)原中的重要性，設計并用低(dī)電(diàn)壓電(diàn)解石墨的方法合成了sp2碳核表面富羧基化修飾的C:O原子比為(wèi)1:2.2的碳納米材料FCN。與具有相(xiàng)似碳核結構，但表面修飾基團種類或數量不同的其他碳納米材料如氧化石墨烯和納米碳管相(xiàng)比，FCN可以更加高(gāo)效地觸發植物(wù)細胞膜外的ROS波，起到(dào)模拟環境脅迫刺激的作用，但ROS會(huì)被迅速清除到(dào)穩态，而不會(huì)引起過度積累導緻氧化應激。進一(yī)步通(tōng)過對拟南(nán)芥根部短時間和長(cháng)時間FCN處理後的轉錄組分析，驗證了FCN觸發的ROS波可以進一(yī)步誘導典型的ROS早期信号轉導事(shì)件(jiàn)及轉錄重編程，導緻植物(wù)産生(shēng)系統獲得性适應性（SAA）和系統獲得性抗性（SAR）。在水(shuǐ)稻、小(xiǎo)麥等作物(wù)的應用實現了産量和抗性的協同提高(gāo)。該研究為(wèi)有效調控逆境條件(jiàn)下(xià)作物(wù)的生(shēng)長(cháng)發育和産量形成提供了一(yī)條新的途徑。

圖1 . FCN觸發的 ROS爆發與納米尺度的sp2碳核表面修飾的羧基相(xiàng)關

浙江大學郭志(zhì)江博士和濟南(nán)大學陳瓊博士為(wèi)該論文共同第一(yī)作者，中國(guó)農業(yè)科學院作物(wù)科學研究所丁在松助理研究員(yuán)、浙江大學塗江平教授和王秀麗副教授為(wèi)共同通(tōng)訊作者。此外，作科所周寶元副研究員(yuán)等參與了該項研究工(gōng)作。該研究得到(dào)了中國(guó)農業(yè)科學院科技(jì)創新工(gōng)程、國(guó)家自(zì)然科學基金等項目的資助。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013223002943

文章中原生(shēng)質體的提取和轉化使用了RTU4052植物(wù)原生(shēng)質體制備及轉化試劑盒。