Nano Today[2022 IF17.4] 中國(guó)農科(kē)院作(zuò)科(kē)所等單位研究發現功能化納米碳材料可(kě)協同提高糧食作(zuò)物産量與耐鹽性

2023年(nián)10月28日(rì)，中國(guó)農業科(kē)學院作(zuò)物科(kē)學研究所丁在松聯合浙江大(dà)學塗江平在國(guó)際著名學術(shù)期刊Nano Today 在線發表了題爲“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），通過觸發植物細胞膜外的活性氧波，誘導植物的“系統獲得(de)性抗性”和“系統獲得(de)性适應性”響應，協調植物生(shēng)長與抗性平衡的機(jī)制；研究首次提出了調控作(zuò)物高産與抗性平衡的“活性氧工(gōng)程”策略。

該研究基于羧基基團在分(fēn)子識别和氧化還(hái)原中的重要性，設計(jì)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原子比爲1:2.2的碳納米材料FCN。與具有相(xiàng)似碳核結構，但(dàn)表面修飾基團種類或數量不同的其他(tā)碳納米材料如(rú)氧化石墨烯和納米碳管相(xiàng)比，FCN可(kě)以更加高效地觸發植物細胞膜外的ROS波，起到模拟環境脅迫刺激的作(zuò)用，但(dàn)ROS會被迅速清除到穩态，而不會引起過度積累導緻氧化應激。進一步通過對拟南(nán)芥根部短(duǎn)時間和長時間FCN處理(lǐ)後的轉錄組分(fēn)析，驗證了FCN觸發的ROS波可(kě)以進一步誘導典型的ROS早期信号轉導事(shì)件(jiàn)及轉錄重編程，導緻植物産生(shēng)系統獲得(de)性适應性（SAA）和系統獲得(de)性抗性（SAR）。在水稻、小麥等作(zuò)物的應用實現了産量和抗性的協同提高。該研究爲有效調控逆境條件(jiàn)下作(zuò)物的生(shēng)長發育和産量形成提供了一條新的途徑。

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(dà)學郭志江博士和濟南(nán)大(dà)學陳瓊博士爲該論文共同第一作(zuò)者，中國(guó)農業科(kē)學院作(zuò)物科(kē)學研究所丁在松助理(lǐ)研究員(yuán)、浙江大(dà)學塗江平教授和王秀麗副教授爲共同通訊作(zuò)者。此外，作(zuò)科(kē)所周寶元副研究員(yuán)等參與了該項研究工(gōng)作(zuò)。該研究得(de)到了中國(guó)農業科(kē)學院科(kē)技創新工(gōng)程、國(guó)家自(zì)然科(kē)學基金等項目的資助。

論文鏈接：

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

文章(zhāng)中原生(shēng)質體(tǐ)的提取和轉化使用了RTU4052植物原生(shēng)質體(tǐ)制備及轉化試劑盒。