深圳大学生命与海洋科学学院高轶群特聘教授长期致力于植物矿质营养稳态的研究，并取得了一系列重要进展。2025年高轶群教授获得Journal of Plant Physiology 杂志评选的Young Scientist Award （仅两人），并应邀发表了题为“Coordinated Systemic Regulation Maintains Plant Nutrient Homeostasis”的综述文章。该文系统梳理了植物在营养稳态中的局部感知与系统调控机制，阐释了多种系统性信号如何像“指挥家”一样调度根部的矿质吸收与分配，从而帮助植物在多变环境中优化生长，为未来作物养分高效利用的研究提供了新思路。

局部感知：植物的“土壤侦察兵” 

土壤养分分布高度不均，植物必须能敏锐感知局部养分变化，尤其是氮、磷、铁这类需求量大但有效态低的元素。文章详细阐述了根系如何通过关键转运蛋白与转录因子构成的信号网络充当“土壤侦察兵”。

例如，在低氮环境下，根中表达的CLE小肽与CLV1受体共同作用，抑制侧根在贫瘠区生长，避免能量浪费；缺磷时，根尖的STOP1-ALMT1与LPR1-PDR2模块协同诱导苹果酸分泌与铁氧化，产生活性氧并沉积胼胝质，从而抑制主根生长、促进侧根与根毛发育，增强对表层土壤磷的获取能力。铁养分的局部调控则直接影响基因表达谱：缺铁区上调铁吸收与转运相关基因，富铁区则激活铁储存基因。这些机制如同植物的“根系战术”，帮助其在复杂土壤养分环境中灵活调整觅食策略。

图1.植物对土壤养分状态的精准感知

系统调控：多种信号分子长距离穿梭 

局部响应固然重要，但植物的真正智慧在于通过系统信号整合全身需求。文中强调，光合作用扮演着核心指挥角色，其产物——糖类不仅作为能源和碳骨架，更是调控养分吸收的关键信号分子。例如，蔗糖可直接激活根系中硝酸盐、磷酸盐等转运蛋白基因的表达，促进养分吸收。

与此同时，转录因子、小肽、激素与microRNA等作为长距离信号“信使”，在维管系统中穿梭，协调地上与地下部的营养供需。其中，光信号核心转录因子HY5可从地上部迁移至根系，调控包括硝酸盐、铁、硫等多种养分吸收基因的表达；IMA小肽家族作为“铁需求信号”从叶片经韧皮部下传，激活根部铁吸收机制；CEP-CEPD肽模块则在氮养分调控中构成“根系-地上部-根系”的信号回路，精准匹配氮供应与需求。此外，细胞分裂素与miR399等也参与系统通信，共同构建出一套精细的跨器官对话网络。

植物的营养稳态，实则是局部土壤信息与整体生长发育需求通过复杂信号网络进行整合的结果。未来，结合系统生物学、实时单细胞成像等前沿技术，深入解析关键信号分子与受体的工作机制，不仅具有重要理论价值，也将为培育气候适应型高效作物、应对全球农业可持续发展挑战提供关键科学依据。

图2.多种信号分子参与植物养分稳态的系统性调控

深圳大学生命与海洋科学学院助理教授李倩倩为本论文的第一作者，高轶群特聘教授为本论文的通讯作者。本研究受深圳市科技计划项目（JCYJ20250604181954073）和广东省高校青年创新人才科研项目（2025KQNCX070）项目资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0176161726000040