近日，我校草業與草原學院董世魁教授團隊在Plant, Cell & Environment發表了題為“Photosynthetic carbon reallocation to nitrogen metabolism confers adaptation advantage of Leymus secalinus under elevated nitrogen deposition in alpine grassland”的研究論文。該研究通過整合形態、生理、轉錄組、蛋白質組和代謝組等多維數據，系統揭示了在氮沉降增強環境下青藏高原高寒草甸優勢植物賴草（Leymus secalinus）的光合碳重分配機制及其對氮代謝的調控作用，為理解高寒草地植物群落響應全球變化的分子機制提供了重要科學依據。
氮沉降是驅動全球生物多樣性變化的重要因子之一，尤其對高寒草地生態系統影響顯著。以往研究表明，氮沉降會導致高寒草地植物群落向禾草單一優勢化演變，但其內在的生理與分子調控機制尚不明確。本研究以賴草為對象，通過模擬不同梯度氮添加實驗，結合多組學技術，系統解析了其在氮富集環境下的適應策略。
研究結果表明，氮沉降顯著促進了賴草的競爭力和生物量積累，其光合能力、葉綠素含量及光系統II效率均明顯提升。值得注意的是，增強的光合作用并未導致碳水化合物的大量儲存，而是通過上調碳代謝與氮同化相關基因和蛋白的表達，將光合產物更多地導向氨基酸合成途徑，從而支持其快速生長。同時，氮沉降還增強了賴草的抗氧化防御系統和逆境響應能力，包括編碼抗氧化酶活性蛋白表達和逆境相關激素水平的提升，進一步鞏固了其在嚴酷高原環境中的適應優勢。
該研究首次從多組學協同視角揭示了高寒草甸優勢植物通過光合碳向氮代謝再分配實現生態優勢的完整調控通路，成功地將宏觀的生態現象（賴草的優勢地位）與微觀的分子調控（基因、蛋白、代謝物的響應）聯系起來，為預測和管理高寒草甸生態系統對氮沉降的響應提供了理論依據。
論文第一作者為草業與草原學院博士研究生左慧和郭倩倩副教授，通訊作者為沈豪副教授和董世魁教授。
該研究獲得國家自然科學基金（32361143870; 32401291）和國家重點研發計劃（2023YFF1304303）的資助。
