上海
撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
植物中氮（N）缺乏所导致的根-冠比增加（地下根系发达，地上部分受限），本质上是一种适应性变化，但对农业而言并非最佳，揭示调控这种发育可塑性的机制，有助于提高作物产量，同时减少肥料使用。
2026 年 2 月 26 日，南京农业大学李姗教授团队联合中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东院士及牛津大学吉喆博士（南京农业大学博士研究生沈成波、牛津大学吉喆博士、南京农业大学钟山青年研究员焦武博士为论文共同第一作者），在国际顶尖学术期刊 Science 上发表了题为：
OsWRI1acoordinates systemic growth responses to nitrogen availability in rice 的研究论文。
该研究发现，OsWRI1a是协调水稻根系和茎生长以响应外部氮供应的调控枢纽，从而稳定根-冠比。在根系，OsWRI1a 通过促进生长素积累来增强氮响应性发育，同时，茎部的 OsWRI1a 刺激分蘖发育，从而促进茎生长。研究团队还鉴定出了一种优良的 天然
OsWRI1a单倍型，其在氮缺乏条件下能最大程度地减少根-冠比的波动，提高氮利用效率和谷物产量。
这项研究揭示了协调氮响应性生长分配的中枢机制，为“减肥增效”型水稻育种提供了重要的理论创新与基因资源，为可持续农业提供了新思路。
植物进化出了优化资源分配的能力，使其能够在营养物质供应波动的环境中适应性生长。氮（N）是一种决定生长和生产力的重要宏量元素。因此，当外部氮水平发生变化时，植物会经历深刻的发育重编程。在氮缺乏的情况下，大多数植物会将生物量重新分配到根部以增强养分搜寻能力，而在氮供应充足时，资源则会重新分配到地上部分以促进地上生长。
在水稻中，氮限制通过破坏氨基酸转移酶DNR1的稳定性，导致根部生长素积累，从而促进根系发育。相反，氮含量升高会增加地上部分NGR5的丰度，从而激活多个地上分枝基因的表达，促进分蘖。然而，协调根系和地上部分发育的氮响应重编程机制，在很大程度上仍不清楚。
在氮素限制条件下，根-冠生物量比（root-to-shoot biomass ratio）的增加，对农业而言是不利的，因为根系过度生长会促进地下竞争，而地上部分生长受限则会降低谷物产量。在氮素供应变化的情况下保持稳定的根-冠比，既能维持产量，又能减少对环境不可持续的化肥投入的依赖。
为了确定协调氮素响应发育重编程的分子参与者，研究团队进行了突变体筛选，并克隆了 LOC_Os11g03540，该基因对应于种子油生物合成调节基因
OsWRI1a
oswri1a突变体在高氮和低氮供应条件下均表现出相似的根-冠生物量比，且碳再分配未发生改变。该研究进一步揭示了 OsWRI1a 协调氮素响应发育的机制，并评估了其作为作物改良遗传靶点的潜力。
具体来说，研究团队发现，OsWRI1a 通过共同和独特的机制来调控地上部分和根系的发育。在茎叶部分，OsWRI1a 作为转录因子发挥作用，直接促进
NGR5的表达，从而增强分蘖。在根系中，OsWRI1a 上调多个参与氮代谢的基因，从而提高氮素利用效率 （NUE） 。根系中的 OsWRI1a 扰乱了 DNR1 与 F-box 蛋白 RNR10 之间的相互作用，RNR10 单泛素化 DNR1 以抑制其降解。RNR10 还介导 OsWRI1a 自身的多泛素化和降解。OsWRI1a 含量升高会破坏 DNR1 的稳定性，促进生长素积累，从而增强根系发育。相反，RNR10 在分蘖芽中未检测到对 OsWRI1a 降解的显著作用，这表明 OsWRI1a 稳定性存在组织特异性调控。这些发现表明， OsWRI1a 作为一个调控枢纽，将两个先前独立的机制联系起来，协调氮响应的根系和茎叶发育。
最后，研究团队鉴定出一个在籼稻品种中占主导地位的
OsWRI1a单倍型，其能提高 OsWRI1a 的含量。将该等位基因通过基因工程手段导入粳稻品种中，显著提高了氮素利用效率和谷物产量。
OsWRI1a 介导氮响应根系和分蘖生长的协调
基于上述发现，研究团队得出结论——氮素响应的 OsWRI1a 通过转录激活与分蘖和氮素代谢相关的基因，并通过破坏根部生长素积累的 RNR10-DNR1 负调控模块，从而整合根和茎的发育调控。导入一种能提高其丰度的优良天然
OsWRI1a单倍型，使植物在氮素限制条件下能够维持稳定的根-冠比，并提高谷物产量 ， 颠覆了“低氮必抑冠层”的传统观点，表明了 OsWRI1a 是可持续作物改良的一个有前景的目标。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeb8384
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