2025年9月27日，中国农大孙其信院士团队在Molecular Plant 发表了题为“An incoherent feed-forward loop coordinates nitrate uptake and tillering in wheat”的研究论文。

所有小麦植株均在九圃植物生长箱中进行培育，生长条件为：16小时光照（24°C）和8小时黑暗（20°C），相对湿度约70%。

      该研究揭示TaNLP3-TaLBD38-TaNRT2.1“不一致前馈环”整合短期与长期硝酸盐信号，精细调控小麦氮素利用与分蘖，为高效节肥育种提供新靶点。

文献引用的九圃产品——九圃植物培养箱BPC500H

*文章正文(补充材料无效)中需注明正确的产品名称，型号，并采用标准公司名称:福建九圃生物科技有限公司Fujian Jiupo Biotechnology Co.,Ltd.

DOI：10.1016/j.molp.2025.09.020

       通过硝酸盐诱导的转录组分析，本研究鉴定出硝酸盐转运蛋白基因TaNRT2.1-6B4是小麦中一个关键的硝酸盐响应标记基因。研究发现，转录因子TaNLP3位于TaNRT2.1-6B4上游，并正向调控其表达。进一步的研究表明，在小麦中，TaNLP3、TaLBD38和TaNRT2.1构成了一个“不一致前馈环”，实现硝酸盐吸收与分蘖形成的动态平衡（图1）。在短期硝酸盐信号下，TaNLP3感知硝酸盐并进入细胞核，激活TaNRT2.1促进硝酸盐吸收，同时诱导TaLBD38表达；在长期信号下，积累的TaLBD38抑制TaNRT2.1，防止过量硝酸盐吸收并促进分蘖发育。TaLBD38通过直接抑制TaCKX4和TaCKX5的表达，调节局部细胞分裂素水平，进而影响小麦分蘖数量。

图1. TaNLP3在短期与长期硝酸盐信号中调控不同基因的表达

另外，转录因子TaNLP3能与小麦SWI/SNF染色质重塑复合物相互作用，从而调控染色质可及性。在Tasyd突变体（SWI/SNF核心亚基）中，硝酸盐对TaNRT2.1和TaLBD38的诱导作用明显减弱，其启动子区域染色质开放性下降，植株生长也受到抑制。进一步的ATAC-seq和DAP-seq分析显示，缺失TaNLP3会显著降低硝酸盐诱导的全基因组染色质可及性水平。其中，有4,008个基因同时受硝酸盐信号和TaNLP3协同调控，这些基因广泛参与氮吸收、同化及信号转导等过程（图2）。

图2. TaNLP3通过调控靶基因染色质可及性调节硝酸盐响应基因表达

      通过对405个小麦品种的重测序分析，研究人员鉴定出TaNLP3-3B、TaLBD38-4A和TaNRT2.1-6B4存在不同单倍型。携带TaNLP3-3BHap2、TaLBD38-4AHap2和TaNRT2.1-6B4Hap1的小麦材料表现出更高的株高、更多的分蘖数及更优的单株产量。然而，随着现代育种实践的推进，这些优异单倍型的频率呈下降趋势。这一现象提示，长期过量施用化肥可能在不经意间“掩盖”了这些优异基因本身的增产潜力，使其在育种选择中被忽略。在未来高效、节肥的育种策略中，有针对性地保留和利用这些优异单倍型，将有助于提高小麦产量与氮素利用效率，从而推动小麦生产向绿色、可持续方向发展。

图3. TaNLP3介导的小麦氮素-分蘖平衡的调控模型

作者简介

中国农业大学孙其信院士对本研究给予了悉心指导和大力支持。小麦研究中心邢界文副教授为论文通讯作者，小麦研究中心徐伟亚博士、北京大学现代农业研究院陈永明研究员以及小麦研究中心牛艳肖博士为论文共同第一作者。本研究依托小麦玉米两熟高效生产全国重点实验室，得到了国家自然科学基金等项目的资助。