陕西
过去的60年间，我国粮食产量增加了4倍，但是化肥施用量增加了100倍，氮肥投入显著高于世界平均水平，由此造成的资源、环境与生态问题日益突出。大量研究表明粳稻氮素利用效率一般低于籼稻。因此挖掘粳稻氮高效基因资源，揭示其分子基础与遗传网络，创制适应绿色发展的粳稻种质资源，对未来粳稻生产可持续发展具有越来越重要的理论意义和应用价值。
近日，沈阳农业大学水稻研究所联合辽东学院在Plant Physiology杂志发表了题为“EARLY FLOWERING3-1 represses Grain number, plant height, and heading date7 to promote ABC1 REPRESSOR1 and regulate nitrogen uptake in rice”的研究论文，报道了OsEC-Ghd7-ARE1模块调控粳稻氮素吸收的分子机理。
该研究在粳稻品种笹锦伽马射线诱变突变体库中筛选到一个氮素吸收速率显著提高的突变体，通过图位克隆将目标基因锁定为拟南芥生物钟核心基因ELF3的同源基因OsELF3-1。过表达实验和CRISPR/Cas9基因敲除实验验证了OsELF3-1为调控氮素吸收速率的目标基因。亚细胞定位实验证明OsELF3-1定位细胞核上，表达量检测和GUS实验揭示OsELF3-1在水稻各个器官中均有表达，其中在叶片表达量最高。酵母双杂交实验、Pull-down实验和BiFC实验证明水稻中OsELF3-1可以与OsLUX和OsELF4形成三元复合体OsEC。该复合体直接靶向抑制Ghd7的表达，Ghd7基因抑制氮素利用负调控因子ARE1基因。
该研究提出了OsEC-Ghd7-ARE1-氮素吸收的作用模式图。突变体中因缺少OsELF3-1而无法形成OsEC，对Ghd7的抑制减弱，Ghd7的表达量升高进而抑制ARE1的表达，减弱ARE1对氮素吸收的负调控能力，最终提高氮素吸收速率。
OsELF3-1的单体型在水稻亚群中呈现差异分布趋势，且在粳稻种质资源中OsELF3-1第四个外显子上的关键SNP（T/C）将其分为两个主要单体型，高纬度地区大多数品种含有OsELF3-1T型等位基因，其抽穗期较含有OsELF3-1C型等位基因的品种显著提前，但是氮素吸收速率和穗数显著降低。因此在中纬度地区选择OsELF3-1C型等位基因提高氮素吸收速率和穗数，而在高纬度地区尝试用其他抽穗期基因代替OsELF3-1T等位基因来缩短生育期可能是粳稻提高氮素吸收速率的有效育种策略。
沈阳农业大学农学院水稻研究所博士生孙琪为论文的第一作者，辽东学院马殿荣教授和沈阳农业大学农学院水稻研究所徐铨教授为论文的通讯作者。
论文链接：
https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiae416/7731877
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