发布人:     发布日期: 2020-12-30    浏览次数:

氮肥是促进作物产量增加的要素之一。然而，近年来氮肥使用量的攀升并未带来农作物产量的大幅提高，经济效益和生态效益反而呈下降趋势。如何提高氮肥利用效率已成为农业生产中亟待解决的问题。培育氮肥高效利用的作物新品种是降低生产成本、减少环境污染、大幅增加生态效益的有效途径。

本研究利用华粳籼74 为背景的水稻单片段代换系材料，结合重叠群作图和图位克隆技术从籼稻中分离到氮高效利用基因DNR1，该基因编码吡哆醛磷酸依赖型的氨基转移酶，负向调控生长素的合成。已有报道证实生长素能够调控植物的氮肥利用效率，但具体分子机制尚不清晰。该研究发现，外界氮源能够通过调控DNR1基因的表达水平来改变水稻体内的生长素含量，从而影响生长素信号途径响应基因OsARFs对下游氮代谢相关基因的激活能力，最终实现对水稻氮肥利用效率的调控。本研究揭示的N-DNR1-Auxin-OsARF分子模块丰富了对氮素-生长素-氮肥利用效率的认识，从分子水平上揭示了生长素稳态调控氮肥利用效率的机制。 

Figure 1. Model of How Rice NUE and Yield are Regulated by the DNR1-Auxin-OsARFs Module in indica and japonica Rice Varieties.

DNR1的启动子序列在籼、粳水稻亚种间存在520 bp的差别，这导致籼稻与粳稻的氮肥吸收速率的显著差异；籼稻中DNR1indica等位基因的低表达导致籼稻中生长素含量升高，使之具有更高的氮肥利用能力。将粳稻品种和DNR1敲除系种植在不同施加氮肥量的大田中，DNR1敲除系均能增产8%-25%，这表明，DNR1在提高粳稻氮肥利用效率上极具应用潜力和价值。

本项研究工作以威尼斯论坛wnsr作物遗传与种质创新国家重点实验室为第一单位。威尼斯论坛wnsr博士研究生张思宇、硕士研究生朱丽梅、沈成波和牛津大学吉喆博士为并列第一作者；威尼斯论坛wnsr李姗教授和华南农业大学王少奎教授是本文共同通讯作者；加州大学圣地亚哥分校赵云德教授、中科院遗传与发育生物学研究所傅向东研究员、牛津大学Nicholas Harberd教授及南京农业大学吴巨友教授参与了该研究的部分工作。本项研究得到了中国科协第五届青年人才托举项目、南京农业大学高层次人才引进启动经费、中央高校基本业务费和BBSRC的资助。