Plant Cell | 南京农业大学/华南农业大学合作团队揭示生长素稳态调控水稻氮肥利用效率的机理

责编 | 王一

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。

12月29日，南京农业大学李姗教授研究组和华南农业大学王少奎教授研究组合作在The Plant Cell发表了题为Natural Allelic Variation in a Modulator of Auxin Homeostasis Improves Grain Yield and Nitrogen Use Efficiency in Rice的研究论文，揭示了生长素稳态调控水稻氮肥利用效率的机理。

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（Dull Nitrogen Response 1） ，该基因编码吡哆醛磷酸依赖型的氨基转移酶，负调控生长素的合成。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。

进一步研究发现， 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DNR1 indica 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。

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

综上所述，该研究揭示的N-DNR1-Auxin-OsARF分子模块丰富了我们对氮素-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。 该研究也为培育高氮肥利用效率的水稻品种提供了重要靶点。

南京农业大学农学院博士研究生张思宇、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；南京农业大学农学院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。

https://doi.org/10.1093/plcell/koaa037