近日，南京農業(yè)大學農學院植物激素與基因編輯團隊在植物學領域國際權威期刊The Plant Cell發(fā)表了題為“Natural Allelic Variation in a Modulator of Auxin Homeostasis Improves GrainYield and Nitrogen Use Efficiency in Rice”的研究論文，探明的N-DNR1-Auxin-OsARF分子模塊豐富了對氮素-生長素-氮肥利用效率的認識，從分子水平上揭示了生長素穩(wěn)態(tài)調控氮肥利用效率的機制。
氮肥是促進作物產量增加的要素之一。然而，近年來氮肥使用量的攀升并未帶來農作物產量的大幅提高，經濟效益和生態(tài)效益反而呈下降趨勢。如何提高氮肥利用效率已成為農業(yè)生產中亟待解決的問題。培育氮肥高效利用的作物新品種是降低生產成本、減少環(huán)境污染、大幅增加生態(tài)效益的有效途徑。本研究利用華粳秈74 為背景的水稻單片段代換系材料，結合重疊群作圖和圖位克隆技術從秈稻中分離到氮高效利用基因DNR1，該基因編碼吡哆醛磷酸依賴型的氨基轉移酶，負向調控生長素的合成。已有報道證實生長素能夠調控植物的氮肥利用效率，但具體分子機制尚不清晰。該研究發(fā)現(xiàn)，外界氮源能夠通過調控DNR1基因的表達水平來改變水稻體內的生長素含量，從而影響生長素信號途徑響應基因OsARFs對下游氮代謝相關基因的激活能力，最終實現(xiàn)對水稻氮肥利用效率的調控。
Figure 1. Model of How Rice NUE and Yield are Regulated by the DNR1-Auxin-OsARFs Module in indica and japonica Rice Varieties.
DNR1的啟動子序列在秈、粳水稻亞種間存在520 bp的差別，這導致秈稻與粳稻的氮肥吸收速率的顯著差異；秈稻中DNR1indica等位基因的低表達導致秈稻中生長素含量升高，使之具有更高的氮肥利用能力。將粳稻品種和DNR1敲除系種植在不同施加氮肥量的大田中，DNR1敲除系均能增產8%-25%，這表明，DNR1在提高粳稻氮肥利用效率上極具應用潛力和價值。
本項研究工作以南京農業(yè)大學農學院作物遺傳與種質創(chuàng)新國家重點實驗室為第一單位。南京農業(yè)大學農學院博士研究生張思宇、碩士研究生朱麗梅、沈成波和牛津大學吉喆博士為并列第一作者；南京農業(yè)大學農學院李姍教授和華南農業(yè)大學王少奎教授是本文共同通訊作者；中科院遺傳與發(fā)育生物學研究所傅向東研究員、牛津大學Nicholas Harberd教授及南京農業(yè)大學吳巨友教授等參與了該研究的部分工作。本項研究得到了中國科協(xié)第五屆青年人才托舉項目、南京農業(yè)大學高層次人才引進啟動經費、中央高校基本業(yè)務費和BBSRC的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1093/plcell/koaa037
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