一、郭振飞教授团队揭示黄花苜蓿耐寒新机制：MfCML50-MfCDH模块通过调控ROS稳态提升低温抗性
近日，郭振飞教授团队在国际知名期刊《Plant Biotechnology Journal》发表研究论文，首次阐明了黄花苜蓿（Medicago falcata）中类钙调蛋白MfCML50与香芹醇脱氢酶MfCDH通过Ca²⁺依赖的相互作用调控耐寒性的分子机制，为牧草抗逆育种提供了全新靶点。
低温对植物生长、发育和地理分布产生不利影响。在低温胁迫下植物中的基因表达和代谢途径被重新编程，以提高对低温胁迫的耐受性。紫花苜蓿（Medicago sativa）是最重要的豆科饲草植物，具有极佳的营养价值和较高生物量。黄花苜蓿（M. falcata）与紫花苜蓿近缘，具有较强的耐寒性和耐旱性，是牧草分子育种的重要遗传资源。Ca2+是植物细胞中普遍存在的第二信使，而类钙调蛋白（CML）是Ca2+结合蛋白，能够解码Ca2+信号，参与植物的生长、发育以及对环境胁迫的响应。已有较多研究表明CML参与调控植物耐寒性。然而，尚不清楚Ca2+/CML信号途径是如何通过调节豆科植物的代谢来调控耐寒性的。短链脱氢酶/还原酶（SDR）超家族广泛参与植物初级和次级代谢，其家族成员香芹醇脱氢酶（CDH）已被证实参与调控植物耐盐性和耐旱性。但CDH活性是否受Ca2+信号调节，以及CDH是否参与调控耐寒性尚未明确。
南京农业大学郭振飞团队研究发现，低温胁迫下，Ca²⁺信号激活MfCML50蛋白，其与MfCDH在细胞质中特异性结合，显著增强MfCDH的酶活性，催化香芹醇转化为具有强抗氧化活性的香芹酮（carvone）。DPPH实验证实，香芹酮可高效清除活性氧（ROS），减少低温导致的氧化损伤；进一步通过基因编辑和过表达实验发现，MfCML50或MfCDH过表达株系的香芹酮积累量提升40%-60%，耐寒性显著增强，而敲除突变体则表现出ROS过量积累和低温敏感表型，外施香芹酮可恢复其抗性。
该研究首次揭示了“Ca²⁺信号-MfCML50-MfCDH-香芹酮-ROS稳态”这一全新通路，阐明了钙信号如何通过调控次级代谢直接参与植物低温响应，为解析植物抗逆机制提供了新思路。研究成果不仅丰富了植物Ca²⁺信号转导与代谢调控交叉领域的理论，更为苜蓿等牧草的抗寒遗传改良提供了关键基因资源和应用靶点。
南京农业大学草业学院钟山青年研究员耿博豪、已毕业博士生于舒函（现为浙江农林大学风景园林与建筑学院讲师）为论文共同第一作者，南京农业大学草业学院郭振飞教授为该研究工作通讯作者。研究工作得到了科技创新2030重大项目、国家自然科学基金项目的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70372
二、郭振飞教授团队联合植物保护学院王源超教授团队揭示真菌RNase干扰植物微生物组的致病新机制
2025年8月，草业学院郭振飞教授团队联合植物保护学院王源超教授团队在《Advanced Science》上发表题为“Inhibition of RNase to Attenuate Fungal-Manipulated Rhizosphere Microbiome and Diseases”的研究论文，揭示了土传病原真菌通过分泌核糖核酸酶（RNase）操纵植物根际微生物组的致病新机制，并发现鸟苷单磷酸（GMP）可作为高效抑制剂阻断这一过程，为农业真菌病害绿色防控开辟新路径。
病原菌“以酶制菌”：操纵根际微生物组实现侵染
土传真菌病害是农业生产的重大威胁，其中禾谷镰孢菌（Fusarium graminearum）可导致小麦赤霉病、大豆根腐病等多种作物病害，造成严重经济损失。研究团队在前期工作中，通过蛋白质组学和功能验证发现，该病原菌分泌的效应子Fg12是一种真菌特异性RNase，不仅能诱导植物细胞死亡，还是禾谷镰孢菌重要的致病因子。最新的研究结果发现，Fg12能通过其酶活性抑制根际有益细菌的生长。微生物组是植物免疫系统的延伸，而Fg12就像病原菌的‘生物武器’，通过选择性地抑制假单胞菌（Pseudomonas）和芽孢杆菌（Bacillus）等有益微生物，破坏植物根际微生物组的平衡，为病原菌的侵染扫清障碍。研究结果发现Fg12抑制的芽孢杆菌、假单胞菌单独或组合施用时，可有效减轻大豆和苜蓿的镰孢菌侵染症状。
结构生物学驱动：GMP精准靶向，干扰致病关键因子功能，为跨作物病害防控提供新思路
基于Fg12与已知RNase T1的结构相似性，团队通过AlphaFold结构预测、分子对接和体外酶活实验，发现GMP能竞争性结合Fg12的活性位点，显著抑制其RNase活性。实验表明，1 mM GMP处理可使大豆在镰孢菌侵染后的鲜重增加75.5%，且对小麦、水稻、苜蓿等作物生长无不良影响。GMP作为天然核苷类似物，兼具高效性和环境安全性。
Fg12同源蛋白广泛存在于镰孢菌、稻瘟菌等多种植物病原真菌中，且GMP对尖刀镰孢菌、立枯丝核菌等引起的根腐病同样具有抑制效果。这些结果表明GMP可能适用于多种作物病害的防治。目前，该团队相关发明专利已获授权，并正在田间试验验证GMP的实际应用效果。该研究突破了传统“病原菌-植物”二元互作的认知框架，通过靶向病原菌的微生物组操纵工具，为开发“智能型”生态友好型农药提供了全新范式。该成果不仅为解析植物-病原菌-微生物组多元互作机制提供了理论依据，也为农业绿色可持续发展贡献了关键技术支撑。
南京农业大学为论文的第一署名单位，南京农业大学草业学院杨波副研究员和植物保护学院博士生杨森为论文的第一作者，植物保护学院王源超教授、草业学院郭振飞教授和杨波副研究员为论文的通讯作者。该研究得到国家大豆产业体系、国家自然科学基金，广东省重点研发计划等项目的支持。
论文链接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202503146
