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研究揭示生长素稳态调控氮肥利用效率机制

2021-01-12 16:29:44  来源: 中国科学报

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。

近日,南京农业大学农学院植物激素与基因编辑团队在《植物细胞》上发表最新研究成果。

该研究利用华粳籼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。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。

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。


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