国内三所高校连发 3 篇 Cell！沈其荣院士等团队领衔推进作物研究新突破

长期以来，解析作物驯化、环境适应和重要农艺性状形成的遗传基础，是推动现代育种发展的核心科学问题。以玉米、水稻等重要粮食作物为研究对象，相关研究团队通过挖掘关键基因资源，揭示了调控株型、产量形成和抗逆性的分子机制，为作物高产、稳产和绿色发展提供了重要理论基础。

本周，国内农学领域迎来史诗级成果爆发：南京农业大学、中国农业大学、华中农业大学三所顶尖农林高校相继在国际顶刊 Cell 发表论文，分别从玉米高产驯化、根际微生物促生、水稻广谱抗旱三大方向取得突破性发现，三套全新分子调控通路落地，为新一代高产抗逆作物培育提供硬核理论与育种靶点，掀起国内植物科学领域新一轮研究热潮。

第一篇

植物根系与土壤微生物互作对促进植物生长和提高农业可持续性具有重要作用。木霉菌（Trichoderma spp.）作为典型有益根际真菌，可通过分泌激素和功能蛋白促进根系发育并增强植物抗逆性。其中，木霉菌 swollenin 等分泌蛋白已被证实可调控细胞壁结构促进植物生长，但其作用机制仍不明确。由于生长素运输对植物生长发育至关重要，解析木霉菌分泌蛋白与植物生长素调控系统之间的互作机制，有助于揭示微生物促进植物生长的分子基础。

2026 年 7 月 23 日，南京农业大学沈其荣院士团队在 Cell 发表题为「Trichoderma swollenin activates AtABCB5-dependent auxin efflux to promote plant development」的研究论文。该研究发现，木霉菌 swollenin 蛋白 ThSWO 可直接靶向拟南芥生长素外排转运蛋白 AtABCB5，促进其磷酸化并增强 IAA 外排运输，进而激活生长素相关响应，促进根系发育，揭示了有益真菌通过调控宿主激素运输促进植物生长的新机制。

图 4. 文章来源 Cell

https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.07.001

本研究围绕 ThSWO 调控 AtABCB5 功能的分子机制展开，通过结构分析和界面突变验证构建了 AtABCB5-ThSWO 互作模型。研究发现，ThSWO 结合于 AtABCB5 胞内侧 NBD2/R 结构域界面，并通过调控 R 结构域构象及跨结构域变构信号传递影响其转运功能；关键位点突变进一步证明，ThSWO 与 AtABCB5 的特异性互作是促进根系发育的重要基础。

随后，通过放射性 IAA 运输实验、ATPase 活性检测、底物特异性分析及磷酸化功能验证，发现 AtABCB5 是一种具有 IAA 外排活性的生长素转运蛋白，ThSWO 可促进 AtABCB5 R 结构域 Ser640/Ser644 位点磷酸化，增强其 IAA 外排能力。

图 5. AtABCB5 介导生长素外流，并通过 ThSWO 依赖的磷酸化被激活

进一步通过检测细胞壁酸化、膜电位变化及细胞质流动等生长素相关细胞响应，证明 ThSWO 依赖 AtABCB5 激活一系列生长素响应过程。最后，通过转基因过表达和外源蛋白处理在多种作物中的验证发现，ThSWO 能够促进水稻、玉米、小麦、青菜和萝卜等作物生长并提高产量。

图 6. ThSWO 通过结合 AtABCB5 并促进其磷酸化增强 IAA 外排，从而调控根的发育响应。

综上，该研究揭示了木霉菌效应蛋白 ThSWO 通过靶向宿主 AtABCB5 并调控生长素运输促进植物生长的分子机制，为微生物辅助作物改良提供了新的理论依据。

第二篇

作物产量主要由生物量及其向籽粒分配的比例（即收获指数，harvest index, HI）决定。提高 HI 一直是作物驯化和育种的重要目标，然而玉米现代育种过程中 HI 提升有限，其增产主要依赖生物量积累。因此，解析玉米 HI 形成的遗传基础对于进一步提高产量具有重要意义。

2026 年 7 月 21 日，中国农业大学田丰教授团队在 Cell 发表题为「A domestication-selected enhancer coordinates source-sink balance to improve harvest index and yield in maize」的研究论文。揭示了一个由驯化选择的增强子介导的 HI1–CONZ1–GCN5–BRR1 调控模块，解析了玉米驯化过程中通过优化源-库资源分配提高收获指数和产量的分子机制。

图 1. 文章来源 Cell

https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.06.038

为解析玉米驯化过程中收获指数提高的遗传基础，研究者首先比较玉米祖先种质与现代品种间 HI 的变化，并通过遗传定位筛选控制 HI 形成的关键位点，进一步解析其调控基因及分子机制。

研究者测定了不同年代和来源的玉米材料的 HI，发现玉米驯化过程中 HI 显著提高。随后利用两个独立的玉米-大刍草回交群体进行数量性状基因座（QTL）定位，筛选出稳定关联 HI 的关键遗传位点，并通过近等基因系（NIL）、大规模分离群体精细定位等方法解析主效 QTL HI1。结合基因表达分析、遗传互补及分子实验，鉴定 HI1 调控的候选基因，并进一步研究其增强子活性及下游调控网络。

图 2. HI1 上的 9.1kb PAV 作为远端增强子调节 BRR1 的表达

研究发现，玉米驯化使 HI 提高约 81%，其中主效位点 HI1 通过一个 9.1 kb 的结构变异作为远端增强子，促进下游转录因子 BRR1 表达。BRR1 进一步调控碳氮代谢及运输相关基因，促进源-库资源分配，提高籽粒产量。

图 3. HI1 增强子通过远程激活 BRR1 协调碳氮分配，从而优化源-库平衡以提高玉米收获指数和产量。

该研究揭示了玉米驯化过程中由 HI1 增强子驱动的 HI1–CONZ1–GCN5–BRR1 调控模块，阐明了顺式调控元件通过改变染色质结构调节资源分配和产量形成的分子机制。该研究发现玉米通过优化 C/N 资源分配，在早期驯化阶段实现了收获指数提升，为理解作物驯化和产量形成机制提供了新视角，并为培育高产、高资源利用效率作物提供了新的遗传策略。

第三篇

进化中新生基因，尤其是孤儿基因，是促进物种适应和表型创新的重要遗传资源，但其如何融入保守调控网络仍不清楚。干旱胁迫威胁农业生产，而 ABA 信号通路是植物抗旱调控的核心模块。由于直接改造该通路易导致生长和产量损失，寻找兼顾抗旱性与正常生长的新型调控因子具有重要意义。

2026 年 7 月 23 日，华中农业大学熊立仲教授团队在 Cell 杂志发表题为「An Oryza orphan gene confers trans-species drought tolerance」的研究论文。该研究发现水稻特有孤儿基因 ROAD1 通过绕过经典 ABA 受体通路调控 PP2C-SnRK2 信号轴，在不影响正常生长的情况下增强多种作物抗旱性，并在水稻驯化过程中被选择以降低干旱导致的产量损失。

图 7. 文章来源 Cell

https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.07.005

该研究通过 GWAS 分析鉴定出水稻抗旱相关位点，并发现候选基因 LOC_Os01 g13020 为稻属特有孤儿基因，命名为 ROAD1。功能分析表明，ROAD1 能够增强水稻干旱胁迫下的保水能力、结实率和产量稳定性，而缺失 ROAD1 则导致抗旱性降低；同时，ROAD1 对正常生长和农艺性状无明显影响。

进化分析显示，ROAD1 起源于稻属祖先种 Oryza meridionalis，并在粳稻驯化过程中，其功能等位基因 ROAD1C 受到正向选择，在低降雨区域逐渐富集。遗传互补实验进一步证明，ROAD1C 是促进水稻干旱适应的重要功能变异。

机制研究发现，干旱胁迫诱导 ROAD1 表达和蛋白积累，ROAD1 进入细胞核后结合 ABA 信号负调控因子 OsPP2C68，阻断其对 SnRK2 激酶（如 SAPK9）的抑制作用，从而增强 ABA 信号传递、促进气孔关闭和提高水分利用效率。该机制类似于 ABA 受体复合物调控 PP2C 的功能，但 ROAD1 通过非经典方式调控保守 ABA 通路。

图 8. ROAD1 与 OsPP2C68 相互作用以释放 SnRK2（SAPK）激酶活性

在育种应用方面，将 ROAD1C 导入优良水稻恢复系后，可在多种田间干旱条件下降低叶片卷曲、提高水分利用效率，并减少 20%–35% 的产量损失，同时不影响正常生长。进一步研究发现，ROAD1 可与多种植物 PP2C 同源蛋白互作，在拟南芥、油菜、玉米、小麦和杨树中异源表达均能增强抗旱能力，表明 ROAD1 具有跨物种改良植物抗旱性的潜力。

图 9. ROAD1C 模拟 ABA 信号增强耐旱性，可减少粳稻田间产量损失达 35%，并适用于被子植物异源表达。

该研究鉴定出水稻特有孤儿基因 ROAD1，发现其通过绕过经典 ABA 受体介导的信号途径，调控 PP2C-SnRK2 信号模块，从而在不影响正常生长的情况下增强作物抗旱能力。同时，研究揭示 ROAD1 功能等位基因 ROAD1C 在水稻驯化过程中受到选择，并可显著降低干旱胁迫下的产量损失，为利用孤儿基因改良作物抗逆性提供了新的理论基础和应用潜力。