Advanced Science | 南京农业大学徐国华团队发现氮肥调控水稻抽穗期的双基因“跷跷板”模块

生育期的精准调控与氮素的高效利用是决定作物产量与资源利用效率的核心。在农业生产中，充分的氮素供应是作物高产优质的基础，然而氮肥过量不仅增加生产成本与生态风险，而且会导致“贪青晚熟”，造成作物减产降质。水稻抽穗期（决定了生育期）对氮肥的响应呈现U-型模式，即与中等供氮水平相比，过低（缺乏）或过高（过量）氮素均会延迟抽穗，但这一现象背后的分子遗传机制尚不明确。

近日，南京农业大学徐国华团队在国际权威期刊Advanced Science发表了题为U-Shaped Response of Flowering Time to Low and High Nitrogen via a Transcription Feedback Loop in Rice的研究论文，揭示了一个由氮调控开花促进因子Nhd1与开花抑制因子Ghd7构成的转录负反馈调控环，作为精密的分子开关适应不同供氮状况，调控水稻抽穗期对氮肥响应的U-型模式。

研究表明，在氮素缺乏条件下，被诱导表达的Ghd7通过抑制Nhd1的转录，从而推迟抽穗；在氮素过量条件下，其同化产物谷氨酰胺诱导Nhd1，反过来激活Ghd7的转录，同样导致抽穗延迟。遗传与分子证据进一步证实，抽穗因子（Florigen）Hd3a是该调控模块下游的主要靶基因（图1）。

图1. Nhd1-Ghd7转录负反馈调控环介导水稻抽穗期对氮肥的U-型响应。

此外， Nhd1与Ghd7的拮抗作用在水稻驯化过程中受到了定向选择，两者的等位变异组合与土壤氮沉降的地理分布密切相关。该团队之前的研究已经发现Nhd1是一个综合调控氮素吸收、分配、同化及碳氮平衡的多效基因（Zhang et al., 2021, Current Biology; Li et al., 2022, Plant Physiology; Journal of Experimental Botany; Zhang et al., 2023, Plant Biotechnology Journal）。在本研究中，发现利用Ghd7与Nhd1等位变异组合与基因编辑技术，能够在稳定生育期的同时，显著提高水稻产量及氮素利用效率（图2）。

图2. 选择性聚合Ghd7、Nhd1等位变异具有改良生育期、产量及氮素利用效率的潜力。

综上，该研究不仅阐明了水稻抽穗期响应氮素U-型模式的调控机制，为解析水稻生育期与氮素利用的协同调控提供了全新视角，而且为培育氮素适应性水稻品种提供了关键基因靶点，助力氮肥精准施用与水稻生育期优化育种。

南京农业大学资环学院副教授张抒南为论文的第一作者和通讯作者，徐国华教授为论文的共同通讯作者。研究得到了“十四五”国家重点研发计划专项、国家自然科学基金、江苏省种业揭榜挂帅项目的资助。

全文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202508498