Nano Today[2022 IF17.4] 中國農科院作科所等單位研究發(fā)現功能化納米碳材料可協(xié)同提高糧食作物產(chǎn)量與耐鹽性

2023年10月28日，中國農業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所丁在松聯(lián)合浙江大學(xué)涂江平在國際著(zhù)名學(xué)術(shù)期刊Nano Today 在線(xiàn)發(fā)表了題為“Functionalized carbon nano-enabled plant ROS signal engineering for growth / defense balance”的研究論文，解析了功能化的納米碳材料（FCN），通過(guò)觸發(fā)植物細胞膜外的活性氧波，誘導植物的“系統獲得性抗性”和“系統獲得性適應性”響應，協(xié)調植物生長(cháng)與抗性平衡的機制；研究首次提出了調控作物高產(chǎn)與抗性平衡的“活性氧工程”策略。

該研究基于羧基基團在分子識別和氧化還原中的重要性，設計并用低電壓電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1:2.2的碳納米材料FCN。與具有相似碳核結構，但表面修飾基團種類(lèi)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比，FCN可以更加高效地觸發(fā)植物細胞膜外的ROS波，起到模擬環(huán)境脅迫刺激的作用，但ROS會(huì )被迅速清除到穩態(tài)，而不會(huì )引起過(guò)度積累導致氧化應激。進(jìn)一步通過(guò)對擬南芥根部短時(shí)間和長(cháng)時(shí)間FCN處理后的轉錄組分析，驗證了FCN觸發(fā)的ROS波可以進(jìn)一步誘導典型的ROS早期信號轉導事件及轉錄重編程，導致植物產(chǎn)生系統獲得性適應性（SAA）和系統獲得性抗性（SAR）。在水稻、小麥等作物的應用實(shí)現了產(chǎn)量和抗性的協(xié)同提高。該研究為有效調控逆境條件下作物的生長(cháng)發(fā)育和產(chǎn)量形成提供了一條新的途徑。

圖1 . FCN觸發(fā)的 ROS爆發(fā)與納米尺度的sp2碳核表面修飾的羧基相關(guān)

浙江大學(xué)郭志江博士和濟南大學(xué)陳瓊博士為該論文共同第一作者，中國農業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所丁在松助理研究員、浙江大學(xué)涂江平教授和王秀麗副教授為共同通訊作者。此外，作科所周寶元副研究員等參與了該項研究工作。該研究得到了中國農業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng )新工程、國家自然科學(xué)基金等項目的資助。

論文鏈接：

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

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