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国稻种芯百团计划行动 周文彬：发现水稻高产基因绿色高效
新闻中国采编网 中国新闻采编网 谋定研究中国智库网 国研智库 国情讲坛 商协社团 谋定论道 经信研究 哲商对话 万赢信采编：7月22日，国际著名学术期刊《科学》上发表研究论文，中国农业科学家在水稻中研究发现了水稻高产基因（OsDREB1C），该基因可使农作物提高光合作用效率和氮素利用效率，同时使水稻提前抽穗，缩短生育期。
图 1. OsDREB1C 促进水稻高产早熟
图 2. 过表达 OsDREB1C 使小麦增产早熟
研究由中国农科院作科所周文彬团队领衔，与国内外相关团队合作，历时7年完成，为培育更加高产、氮肥高效以及早熟的作物品种提供了重要基因资源，为实现作物高产和资源高效利用提供了潜在的解决方案，对未来作物生产方式变革具有重要的理论价值和指导作用。
OsDREB1C基因能提高水稻光合作用效率和氮素利用效率。研究发现，OsDREB1C基因过表达植株较野生型光合碳同化速率显著提高，在光下生长速度更快，并且叶片中积累更多光合同化产物。
同时，过表达植株对氮素的吸收转运能力增强，并能将更多的氮素分配到籽粒中，氮素利用效率显著提高。大田氮肥试验表明，在不施用氮肥条件下，OsDREB1C过表达植株产量已达到甚至高于野生型施用氮肥条件下的产量水平。
过表达OsDREB1C可使水稻抽穗期提前，并缩短整个生育周期。试验表明，在北京种植条件下，过表达OsDREB1C 水稻（日本晴）可较野生型提前抽穗 13~19 天；在栽培水稻品种“秀水 134”中过表达该基因，抽穗期可至少提前2天。
水稻产量理论上可提高30%以上。团队通过 2018 年至2022 年间在北京、三亚、杭州的多年多点田间试验发现，在水稻品种“日本晴”中过表达 OsDREB1C 基因，较试验对照可实现水稻显著增产，产量提高41.3~68.3% ，收获指数提高40.3~55.7%；在栽培稻品种“秀水134”中过量表达该基因，较试验对照产量提高 30.1~41.6%，同时收获指数提高 14.8~15.7%。
OsDREB1C基因在小麦中同样具有高产早熟的功能。通过在普通小麦品种（Fielder）中表达 OsDREB1C基因进行功能验证，发现可使小麦田间增产 17.2~22.6%，早熟 3~6 天，说明OsDREB1C基因在不同作物中均具有提高产量、促进提前抽穗的保守性功能。
进一步分子机理解析表明，OsDREB1C 转录因子在植物体内起到“分子开关”的作用，通过分别与调控光合作用、氮素吸收转运以及开花等途径的多个靶基因结合，激活这些基因的表达，进而协同调控水稻的光合效率、氮素利用效率以及抽穗期。
粮食安全是国之大者，种子是农业的“芯片”。预计到 2030 年，我国人口将达 14.5 亿，我国水稻、小麦等主要农作物产量须提高20%才能满足需求，不断提高作物单产水平是解决粮食缺口的重要途径。
该研究在作物中发现可协同调控多个重要生物学途径的单一基因，使作物同时实现高产、早熟以及氮素高效利用，为作物高产和减少氮肥施用、实现“绿色高效”提供了可行的解决方案，对于未来作物新品种和新种质的培育以及大田栽培耕作模式的变革具有重要的理论价值。
*中国农业科学院作物科学研究所博士研究生魏少博和李霞博士为该论文的共同第一作者，周文彬研究员为通讯作者。中国农科院作物科学研究所、中国水稻研究所、上海师范大学、深圳农业基因组研究所、北京大学、中科院上海植物生理生态研究所以及德国马普分子植物生理研究所等国内外7 家研究机构参与了该项研究。该工作得到了国家重点研发计划、中国农业科学院创新工程、中国农业科学院“青年英才”计划等项目的资助。
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