PBJ | 钱前/高振宇团队发现9311型OsNAR2.2基因提升水稻产量和氮素利用效率

近日，中国水稻研究所钱前/高振宇团队在Plant Biotechnology Journal在线发表了9311 allele ofOsNAR2.2enhances nitrate transport to improve rice yield and nitrogen use efficiency的研究论文，成功鉴定到可调控硝酸盐从根部向地上部转运、控制水稻穗数、产量和氮素利用效率的基因OsNAR2.2，为培育氮高效水稻品种提供了优异种质资源和理论基础。

氮是影响水稻生长和产量的关键因素。施用氮肥是提高产量的可行措施之一，但过量施氮会引发土壤酸化和水体富营养化等环境问题。因此，提高氮素利用效率（NUE）成为实现低氮投入下水稻高产的最有效途径之一。水稻主要吸收铵态氮，但由于土壤硝化细菌的存在，可将部分铵态氮转化为硝态氮，使得硝态氮的吸收利用也成为影响水稻氮素利用效率的重要因素。氯酸盐是硝酸盐的毒性类似物，其抗性反映了植物利用硝酸盐的能力。

该研究利用9311与培矮64S（PA64S）为亲本构建的重组自交系鉴定到控制氯酸盐抗性的主效QTL位点qCR4。通过9311为背景、qCR4位点来自PA64S的染色体片段代换系CSSLqCR4构建的回交自交群体克隆了qCR4，该基因注释编码高亲和性硝酸盐转运蛋白伴侣蛋白OsNAR2.2。敲除和过表达OsNAR2.2能显著提高和降低水稻的氯酸盐抗性，15N实验进一步表明OsNAR2.2正调控硝酸盐从根部向地上部的转运，并且过表达OsNAR2.2显著提高了水稻的有效穗数、单产和氮素利用效率。单倍型分析显示，水稻品种中OsNAR2.2主要存在三种单倍型：Hap.1（日本晴型）主要分布于粳稻，Hap.2（培矮64S型）和Hap.3（9311型）的大部分品种为籼稻。基于有效分蘖数和单株产量的单倍型-表型关联分析发现，Hap.3为优势单倍型。田间氮处理实验发现，来自9311的OsNAR2.2等位基因能够显著增加低氮和正常氮水平下的有效穗数、单株产量和氮素利用效率，从而为提升水稻产量和氮素利用效率提供了具有重要育种价值的基因资源。

9311型OsNAR2.2等位基因提高水稻有效穗数、产量和NUE

中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室博士生候琳琳为第一作者。中国水稻研究所钱前院士和高振宇研究员为共同通讯作者。该研究获得国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和中国农业科学院科技创新工程的资金资助。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70073