中国科学院×华中农业大学合作发表最新Cell论文|cell|中国科学院|介导|华中农业大学|植物|禾本科|脲酶

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

镍（Ni）是植物中最后被鉴定的必需微量元素，但作物镍稳态的遗传基础及其农业意义，长期以来一直令人困惑。

2026 年 11 月 10 日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心晁代印研究员、华中农业大学严建兵教授作为共同通讯作者（晁振飞、陈园园、吴嘉琛为论文共同第一作者），在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Nicotianamine-driven nickel transport to sink organs underpins maize productivity 的研究论文。

该研究表明，玉米中的定位于节部韧皮部的烟胺外排转运蛋白——NAET1，通过调控镍向包括种子在内的库器官的转运，使依赖镍的脲酶活性得以促进氨基酸代谢，这一发现揭示了镍在禾本科植物产量形成中此前未被充分认识的作用。

早在 1940 年代，镍（Ni）就被认为是作物的有益元素。但直到 1980 年代，它才被普遍认定为植物必需元素，而此时植物的其他必需元素已被鉴定出来超过 40 年。镍作为脲酶（快速把尿素分解成氨和二氧化碳的酶‌）的辅因子，在氮代谢中发挥重要作用。然而，与其他必需元素不同，镍的农业重要性尚未得到广泛认可。一方面是因为物对镍的需求量低，另一方面是目前仍缺乏对作物镍稳态的遗传与分子机制的了解。

对十字花科镍超富集植物的植物化学研究表明，组氨酸是镍的高亲和力螯合剂，并提示其参与镍在木质部中的转运。然而，组氨酸或组氨酸-镍复合物的转运蛋白，尚未被鉴定，镍经韧皮部介导的源器官（制造养料并向其他器官提供营养物质的器官，主要是成熟叶片）到库器官（接受、消耗或储存有机物的器官，例如幼叶、种子、块根等）的移动性也仍属未知。因此，难以深入了解镍在植物中的作用及其转运机制。

烟胺（Nicotianamine，NA）是植物特有的非蛋白氨基酸，最初在禾本科植物中被鉴定为 DMA（2′-脱氧麦根酸）的前体，随后被发现是双子叶植物中促进铜、钴、铁和镍等金属元素的根系吸收、细胞区室化、木质部装载、韧皮部装载或种子装载的螯合剂。然而，在禾本科植物中，除了作为 DMA 前体外，烟酰胺在促进金属元素转运方面的功能，在很大程度上仍不清楚。

玉米（Zea mays L.）是世界上最重要的作物之一，其氮肥投入高度依赖尿素这一主要形态。尽管通常认为尿素在被根系吸收之前已在土壤中被分解，但植物体内也会通过精氨酸分解代谢和蛋白质周转持续生成尿素，这意味着植物对镍（Ni）存在持续需求。然而，在氮需求旺盛的发育中的库器官中，镍和尿素在蛋白质周转及氮代谢中的作用仍知之甚少。

在这项最新研究中，研究团队通过全基因组关联分析（GWAS）鉴定出ZmNAET1是控制镍向种子分配的关键转运蛋白。从机制上来说，ZmNAET1 介导烟胺（NA）的分泌，使镍能够在节部依赖烟酰胺进行韧皮部装载，并随后转运至库器官。缺失 ZmNAET1 的突变体表现出显著的产量损失、种子萌发速率下降以及种子寿命大幅缩短。而补充镍具有不可替代的作用，可完全恢复突变体的种子萌发和正常的营养生长。