近日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所和牛津大學(xué)植物科學(xué)系等聯(lián)合攻關(guān)，在赤霉素信號(hào)傳導(dǎo)新機(jī)制提高水稻氮肥利用效率研究上取得重要進(jìn)展。該研究成果以論文的形式于2020年2月7日發(fā)表在Science雜志上，并被作為該期的封面文章進(jìn)行了重點(diǎn)推薦。

減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥投入并提高作物產(chǎn)量是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中亟待解決的重大問題。

上世紀(jì)60年代，矮化育種使水稻和小麥具有耐高肥、抗倒伏和高產(chǎn)的優(yōu)良特性，但同時(shí)也存在氮肥利用效率低的缺點(diǎn)，其產(chǎn)量增加對(duì)化肥的依賴性高。持續(xù)大量的氮肥投入不僅增加種植成本，還導(dǎo)致環(huán)境污染。如何減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的氮肥投入并持續(xù)提高作物產(chǎn)量，已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的重大問題。

發(fā)現(xiàn)了赤霉素和氮素協(xié)同調(diào)控水稻生長發(fā)育的關(guān)鍵基因NGR5?，并闡明了NGR5通過表觀遺傳調(diào)控水稻分蘗數(shù)等農(nóng)藝性狀氮素響應(yīng)的分子機(jī)制。

研究人員發(fā)現(xiàn)了一種與氮響應(yīng)相關(guān)的水稻基因，氮誘導(dǎo)該基因會(huì)引發(fā)NGR5蛋白積累，引起抑制分蘗生長基因的結(jié)構(gòu)變化，從而達(dá)到關(guān)閉這些基因，增加分蘗數(shù)量，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。

分蘗數(shù)的增加同時(shí)是由另一種促進(jìn)分蘗蛋白DELLA的積累引起的，而這種蛋白會(huì)被植激素赤霉素（GA）降解。研究發(fā)現(xiàn)，GA還會(huì)減少NGR5的積累，分蘗生長是NGR5和DELLA蛋白之間復(fù)雜相互作用的結(jié)果。增加NGR5積累會(huì)促使當(dāng)前的優(yōu)質(zhì)水稻品種提高分蘗數(shù)和產(chǎn)量，特別是在低施肥水平的情況下。

這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了植物根據(jù)土壤氮素量協(xié)調(diào)生長的途徑，有助于制定育種策略、促進(jìn)可持續(xù)的糧食安全和未來新的綠色革命。

該發(fā)現(xiàn)不僅深化了對(duì)赤霉素信號(hào)傳導(dǎo)和植物氮素響應(yīng)相互作用機(jī)制的理解，而且找到了一條在保證產(chǎn)量提高的同時(shí)，降低化肥投入、減少環(huán)境污染的育種新策略，為培育“少投入、多產(chǎn)出、保護(hù)環(huán)境”的綠色高產(chǎn)高效新品種奠定了理論基礎(chǔ)，并提供了有育種應(yīng)用價(jià)值的基因資源。

來源：牛津大學(xué)、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究