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揭示氮素调控开花和氮利用效率的协同机制
日期:2021-01-19 作者:未知 来源:南京农业大学 点击:
 12月5日凌晨,南京农业大学徐国华课题组在 Current Biology 发表了题 为“Nitrogen mediates flowering time and nitrogen use efficiency via floral regulators in rice”的长篇研究论文。该研究发现,氮素对水稻抽穗 开花的影响十分复杂,是谷氨酰胺(Gln)而不是无机铵(NH4+)直接诱导水稻 的开花,氮素过少和过多均会抑制开花。通过对水稻花器官形成部位的转录组分 析,结合遗传分析,该研究鉴定到一个受 Gln 影响并能调控开花时间的转录因子, 将其命名为“首个氮素介导的抽穗开花因子”(N-mediated heading date-1,N hd1)。
    氮肥是农作物高产优质的重要保障,但是氮肥的大量生产和施用不仅增加能 源消耗和生产成本,加剧土壤酸化、水体富营养化和温室气体排放等资源生态环 境问题,而且导致作物开花延迟和贪青晚熟,病虫害增加,降低产量和氮肥利用 效率。开花时间早晚是衡量作物生育期的关键指标之一,是氮肥及多种环境因素 共同作用的结果,对作物产量和品质形成起着至关重要的作用。因此,探究氮素 (N)调控开花的网络通路对于明晰植物营养与环境互作,培育花期适宜、高产- 稳产-氮肥高效品种均具有十分重要的理论和应用价值。然而,至今为止,对氮 素调控植物开花的分子遗传机制所知甚少。
    该研究发现,Nhd1 通过正向调控,直接激活开花基因 Hd3a,从而调控水稻 的开花时间。无论是缺失 Nhd1 还是 Hd3a,在不同日照条件下,水稻开花时间均 往后推迟,失去开花对氮肥的响应,增加氮的累积吸收量。与此同时,Nhd1 通 过负向调控,抑制氮素同化基因 Fd-GOGAT,降低其酶的活性和改变谷氨酰胺含 量。因此,缺失 Nhd1 增强氮的同化效率,同时提高产量和氮素利用效率。此外,从水稻核心种质资源中,发现了分别为高氮促进开花、不影响开花的不同材料, Nhd1 启动子区的自然变异与其受氮素介导的表达调控和花期关联。这些结果表 明,在不同供氮和日照条件下,Nhd1 具有平衡水稻生育期和氮素效率的功能。
    该研究由徐国华教授课题组完成,张抒南博士生为该论文的第一作者,徐国 华教授为通讯作者。研究得到了国家重点研发计划及国家自然科学基金等资助。
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