中科院遺傳與發育生物學研究所傅向東團隊發現,中國超級稻增產關鍵基因DEP1在水稻氮高效利用方面能起到關鍵作用,從而找到一條在保證糧食總產量不斷提高的同時,提高氮肥利用效率、降低水稻生產成本且減少環境污染的可持續發展農業新途徑。4月 28日,《自然—遺傳學》雜志在線發表了該研究成果。
“追求農作物單位面積產量的穩定和提高,歷來是作物育種家的最終目標。”傅向東表示,半矮稈作物帶來的“綠色革命”成功提升了農作物的收獲指數,為進一步增產,就要提供給農作物更多的氮肥。然而,過多的氮肥施用會導致環境污染。
統計顯示,我國目前水稻的氮肥利用率很低,其中約有63%~72%的氮分別以氮氣、一氧化二氮等形式排入環境并流失,從而造成大氣污染及江河湖泊富營養化。因此,發現農作物中的氮高效利用基因尤為迫切。
傅向東團隊發現,之前克隆的水稻增產關鍵基因DEP1在水稻的氮肥高效利用方面也發揮著重要調控作用。DEP1基因的等位突變體在營養生長期表現出對氮肥鈍感,但在生殖發育期對氮的吸收和利用率提高,最終使得水稻在適當減少施氮肥條件下有更高產量。
研究人員還發現,DEP1基因能夠編碼植物G蛋白γ亞基。G蛋白是調控動植物生長發育的重要信號傳導蛋白,包括a、b和γ亞基。減弱Ga或增強Gb亞基的活性,均能對水稻造成氮肥鈍感效應。這表明G蛋白參與調控植物對環境中氮信號的感知與響應,人為調控G蛋白信號途徑能在同等肥力條件下帶來水稻的穩步增產。
專家表示,水稻DEP1基因這一新功能的發現,為“生態友好型”水稻高產和穩產提供了保證,也為揭示農作物氮高效利用的分子調控機制提供了 分子調控機制線索。
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