氮是植物生长和作物生产中不可或缺的大量营养元素，也是全球粮食安全和环境保护面临的主要限制因素之一。在这一背景下，提升作物的氮利用效率(NUE)显得尤为关键。玉米作为全球种植面积最广的作物之一，在氮素吸收、分配和利用方面的研究进展对于推动农业可持续发展具有深远影响。
2024年11月6日，Journal of Genetics and Genomics在线发表中国农业大学资源与环境学院、国家农业绿色发展研究院袁力行教授和李建芳青年研究员团队题为“Genetic and molecular mechanisms underlying nitrogen use efficiency in maize”的综述论文。该综述系统阐述了玉米氮素吸收、转运、同化和再分配的遗传和分子机制，总结了调控玉米氮高效根构型的关键机制，以及玉米根系与根际微生物互作促进氮素吸收的重要机理，并构建了玉米氮素信号感知和传导的调控网络。
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该综述以氮素在玉米体内的吸收和代谢过程为主线，详细讨论了硝态氮和铵态氮运输的调控机制，根系发育如何适应土壤中氮素分布，以及氮素如何影响根系的生长发育。同时，探讨了菌根真菌和根际微生物对玉米氮吸收利用效率的影响，以及玉米与微生物之间复杂的相互作用。此外，介绍了玉米中氮素同化和再分配过程中关键酶、氨基酸转运体和转录因子的生物学功能及其调控机制，并总结了玉米中氮素信号的感知和传导机制。最后，展望了玉米氮利用效率遗传调控和精确设计的发展方向。
玉米中氮素吸收、转运、同化、再动员及根系构型调控关键组分 影响玉米氮利用效率的四个过程：根系氮素吸收、根部至冠部的氮素转运、氮素同化、氮素再分配。LATS，低亲和力硝态氮吸收系统；HATS，高亲和力硝态氮吸收系统；BETL，胚乳基底转移层。
作者简介
中国农业大学资源与环境学院青年研究员李建芳、博士后曹怀荣、博士研究生李舒心为该论文共同第一作者，袁力行教授和李建芳青年研究员为共同通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划、中国农业大学高层次引进人才科研启动经费和拼多多—中国农业大学研究基金资助。
引用本文
Jianfang Li, Huairong Cao, Shuxin Li, Xiaonan Dong, Zheng Zhao, Zhongtao Jia, Lixing Yuan. (2024). Genetic and molecular mechanisms underlying nitrogen use efficiency in maize. Journal of Genetics and Genomics.
DOI：10.1016/j.jgg.2024.10.007
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