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调控水稻高效吸收利用氮素的“闸门”被发现

2024-06-13   科技日报   阅读量:248

    科技日报记者 金凤 通讯员 赵广欣 许天颖

    13日,记者从南京农业大学获悉,中国工程院院士、该校水稻遗传育种创新团队带头人万建民团队首次在分子遗传学层面阐明了过量施加氮肥导致水稻无效分蘖形成的机理,从水稻自然群体中发掘出能高效吸收利用氮素的单倍型转录因子OsGATA8-H。同时,科研团队结合基因编辑和回交育种技术,创制了高效吸收利用氮素的水稻品种材料。相关成果发表于国际学术期刊《自然遗传学》上。

    在稻田里施加氮肥会提高水稻产量,但过量施用,却会加剧水稻无效分蘖,降低水稻产量和氮素利用效率。如何帮助水稻调控氮的吸收,成为科学家们关注的热点。

    “氮肥施加到农田里以后,以两种形式存在,一种是铵态氮,一种是硝态氮。在水稻田中,以铵态氮形式存在的更多。”论文共同通讯作者、南京农业大学教授王春明告诉记者,铵离子需要通过细胞膜上的转运蛋白,才能被水稻吸收和利用。

    “此次我们在水稻地方品种中发现的转录因子OsGATA8-H,它类似调控铵离子转运的一道‘闸门’,可以调控转运蛋白工作。”王春明介绍,这道“闸门”可以双向调控氮素利用效率。在低氮条件下,“闸门”通过增加水稻转录蛋白OsAMT3.2的表达,促进水稻对铵的吸收;在高氮条件下,这道“闸门”又能适当提高转录因子OsTCP19的表达,促进更多分蘖发育成有效分蘖,减少无效分蘖的形成。

    但转录因子OsGATA8-H的发现可谓“十年磨一剑”。王春明表示,2013年起,团队从近万份水稻育种材料中筛选出1000份性状明显分离的地方品种。在这基础上,又进一步筛选出175份材料进行全基因组测序和基因组关联分析。

    团队在初定位、精细定位和基因克隆的基础上,最终找到了OsGATA8-H,并连续进行了3年的田间实验,通过基因敲除和过表达完成了从基因到表型的功能验证。

    “在此基础上,我们又通过基因组编辑和基因聚合技术,将OsGATA8-H导入现代栽培品种中。”王春明表示,利用OsGATA8-H,可以促进水稻吸收氮肥中的营养和水稻有效分蘖的形成,从而提高水稻产量。

    德国莱布尼茨植物遗传和作物研究所所长Nicolaus von Wiren博士评价,研究人员鉴定了氮高效关键转录因子GATA8并探索了等位基因多样性,是一项系统深入的原创性成果。在现代水稻品种中发现优异单倍型GATA8-H,将对水稻氮高效遗传育种研究产生深远的影响。

    责任编辑: 冷媚