Nano Today[2022 IF17.4] 中國農科院作科所等單位研究發現功能化納米碳材料可協同提高糧食作物產量與耐鹽性
2023年10月28日，中國農業科學(xue)(xue)院作(zuo)物科學(xue)(xue)研究所丁在松聯(lian)合浙(zhe)江大(da)學(xue)(xue)涂江平在國際(ji)著名(ming)學(xue)術期刊(kan)Nano Today 在線發表了題(ti)為“Functionalized carbon nano-enabled plant ROS signal engineering for growth / defense balance”的研(yan)究論文，解析了功能(neng)化的(de)(de)納米碳材料（FCN），通過(guo)觸發植(zhi)(zhi)物細胞膜外的(de)(de)活(huo)(huo)性氧波，誘導植(zhi)(zhi)物的(de)(de)“系(xi)(xi)統獲得性抗性”和(he)“系(xi)(xi)統獲得性適應(ying)性”響應(ying)，協調植(zhi)(zhi)物生長與(yu)抗性平衡(heng)的(de)(de)機(ji)制(zhi)；研(yan)究首次提出了調控(kong)作物高產(chan)與(yu)抗性平衡(heng)的(de)(de)“活(huo)(huo)性氧工程”策略。
該(gai)研究(jiu)基于羧(suo)基基團(tuan)在分子識別(bie)和氧化還原中(zhong)的(de)重要性(xing)，設計(ji)并用低(di)電壓電解(jie)石墨的(de)方法合成了sp2碳(tan)核(he)表面富羧基化(hua)(hua)修(xiu)(xiu)飾的(de)(de)C:O原子比為(wei)1:2.2的(de)(de)碳(tan)納(na)米材料FCN。與具有相似碳(tan)核(he)結構(gou)，但表面修(xiu)(xiu)飾基團種類或數量不同(tong)的(de)(de)其(qi)他(ta)碳(tan)納(na)米材料如氧(yang)化(hua)(hua)石墨烯和(he)(he)納(na)米碳(tan)管相比，FCN可(ke)以更(geng)加高效(xiao)地觸發(fa)植(zhi)物細胞膜外的(de)(de)ROS波，起到(dao)模擬環境脅迫刺激的(de)(de)作用，但ROS會被迅速清除到(dao)穩態，而不會引起過(guo)度積累導(dao)(dao)致氧(yang)化(hua)(hua)應激。進一(yi)步通過(guo)對擬南芥根部短時(shi)間和(he)(he)長(chang)時(shi)間FCN處理(li)后的(de)(de)轉錄組分析，驗證了FCN觸發(fa)的(de)(de)ROS波可(ke)以進一(yi)步誘導(dao)(dao)典(dian)型的(de)(de)ROS早期信號轉導(dao)(dao)事件及(ji)轉錄重編程，導(dao)(dao)致植(zhi)物產(chan)生系(xi)統(tong)獲得(de)性(xing)適應性(xing)（SAA）和(he)(he)系(xi)統(tong)獲得(de)性(xing)抗(kang)性(xing)（SAR）。在水稻、小(xiao)麥等作物的(de)(de)應用實現了產(chan)量和(he)(he)抗(kang)性(xing)的(de)(de)協(xie)同(tong)提高。該研究為(wei)有效(xiao)調(diao)控逆境條件下作物的(de)(de)生長(chang)發(fa)育和(he)(he)產(chan)量形成提供(gong)了一(yi)條新的(de)(de)途(tu)徑。
圖1 . FCN觸發的 ROS爆發與納米尺度的sp2碳核表面修飾(shi)的羧基相(xiang)關
浙(zhe)江(jiang)大(da)學(xue)(xue)(xue)郭志江(jiang)博(bo)士和濟南大(da)學(xue)(xue)(xue)陳瓊(qiong)博(bo)士為該論(lun)文共同第(di)一作者，中(zhong)國(guo)農業科(ke)學(xue)(xue)(xue)院(yuan)作物科(ke)學(xue)(xue)(xue)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)所(suo)丁在松(song)助理(li)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)員、浙(zhe)江(jiang)大(da)學(xue)(xue)(xue)涂江(jiang)平教授和王秀麗副教授為共同通訊(xun)作者。此(ci)外，作科(ke)所(suo)周寶(bao)元副研(yan)(yan)(yan)究(jiu)員等(deng)參與了(le)該項研(yan)(yan)(yan)究(jiu)工作。該研(yan)(yan)(yan)究(jiu)得到了(le)中(zhong)國(guo)農業科(ke)學(xue)(xue)(xue)院(yuan)科(ke)技(ji)創新工程、國(guo)家自然科(ke)學(xue)(xue)(xue)基(ji)金等(deng)項目(mu)的資助。
論文(wen)鏈(lian)接：
文章中原生質體的提取和轉化使用了RTU4052植物原生質體制備及轉化試劑盒。