草业与草原学院董世魁教授团队利用多组学联合分析揭示高寒草地植物赖草适应氮沉降的新机制

       近日，北京林业大学草业与草原学院董世魁教授团队在Plant, Cell & Environment发表了题为“Photosynthetic carbon reallocation to nitrogen metabolism confers adaptation advantage of Leymus secalinus under elevated nitrogen deposition in alpine grassland”的研究论文。该研究通过整合形态、生理、转录组、蛋白质组和代谢组等多维数据，系统揭示了在氮沉降增强环境下青藏高原高寒草甸优势植物赖草（Leymus secalinus）的光合碳重分配机制及其对氮代谢的调控作用，为理解高寒草地植物群落响应全球变化的分子机制提供了重要科学依据。

       氮沉降是驱动全球生物多样性变化的重要因子之一，尤其对高寒草地生态系统影响显著。以往研究表明，氮沉降会导致高寒草地植物群落向禾草单一优势化演变，但其内在的生理与分子调控机制尚不明确。本研究以赖草为对象，通过模拟不同梯度氮添加实验，结合多组学技术，系统解析了其在氮富集环境下的适应策略。

       研究结果表明，氮沉降显著促进了赖草的竞争力和生物量积累，其光合能力、叶绿素含量及光系统II效率均明显提升。值得注意的是，增强的光合作用并未导致碳水化合物的大量储存，而是通过上调碳代谢与氮同化相关基因和蛋白的表达，将光合产物更多地导向氨基酸合成途径，从而支持其快速生长。同时，氮沉降还增强了赖草的抗氧化防御系统和逆境响应能力，包括编码抗氧化酶活性蛋白表达和逆境相关激素水平的提升，进一步巩固了其在严酷高原环境中的适应优势。

       该研究首次从多组学协同视角揭示了高寒草甸优势植物通过光合碳向氮代谢再分配实现生态优势的完整调控通路，成功地将宏观的生态现象（赖草的优势地位）与微观的分子调控（基因、蛋白、代谢物的响应）联系起来，为预测和管理高寒草甸生态系统对氮沉降的响应提供了理论依据。

       论文第一作者为北京林业大学草业与草原学院博士研究生左慧和郭倩倩副教授，通讯作者为沈豪副教授和董世魁教授。该研究获得国家自然科学基金（32361143870; 32401291）和国家重点研发计划（2023YFF1304303）的资助。

       论文链接：https://doi.org/10.1111/pce.70370