中科院NatureGenetics發表水稻研究新成果

　　來自中科院遺傳與發育研究所、中國水稻研究所、中科院上海生命科學研究院等機構的研究人員證實，異三聚體G蛋白(Heterotrimeric G proteins)調控了水稻的氮利用率。這一重要的研究發現發表在4月28日的《自然遺傳學》(Nature Genetics)雜志上。

　　論文的通訊作者是中科院遺傳與發育研究所的傅向東(Xiangdong Fu)研究院，其主要研究方向為植物激素調控植物生長發育的分子機理。

　　氮是促進植物生長和發育的必需的大量營養元素之一，占植物干重的1.5-2%以及植物總蛋白的16%，是氨基酸、蛋白質、核酸、葉綠素、激素等的組成成分。氮肥是農業生產中需要量最大的化肥品種，它對提高作物產量、改善農產品的質量有重要的作用。然而，一般來講，只有少量氮肥被植物所吸收，大部分的氮肥則被釋放到大氣或流失到水體中，對環境造成了越來越嚴重的影響，提高農作物的氮肥利用率已成為了尋求可持續農業的當務之急。

　　水稻是重要的糧食作物，為世界上大約一半的人口提供糧食。在農業生產中，大量施用氮肥一直是水稻高產的重要措施之一。由于土壤蓄水系統中的揮發和反硝化作用，與其他農作物相比，水稻的氮肥利用率比較低。利用遺傳學和分子生物學方法從氮高效的水稻資源品種中分離并克隆氮高效相關基因，通過改變這些關鍵基因的表達或功能進而使農作物在較低養分水平下保持較高產量，是降低水稻生產投入成本，減少水稻生產對環境造成的污染，穩定提高水稻產量的一種可行的途經。

　　2009年傅向東課題組從中國超級水稻中分離出了控制產量的關鍵基因DEP1 (DENSE AND ERECT PANICLES 1)。證實DEP1基因在中國超級稻增產中起到關鍵的作用，它能促進細胞分裂、使得稻穗變密、枝梗數增加和每穗籽粒數增多，從而促進水稻增產。從而揭開了中國超級稻的高產奧秘，這一重要的研究發現發表在當年的《Nature Genetics》雜志上。

　　2011年，傅向東課題組利用圖位克隆方法分離出了氮介導生長反應的一個數量性狀基因座(QTL)——qNGR9,并將qNGR9精細定位在9號染色體上。

　　在這篇新論文中，通過定位克隆和遺傳互補實驗，研究人員發現qNGR9就是DEP1。相異的DEP1等位基因賦予了不同的氮反應，遺傳多樣性分析結果表明，在水稻粳稻馴化過程中DEP1經受了人工選擇。攜帶顯性dep1-1等位基因的植物顯示氮不敏感性營養生長，氮攝取和同化增高，因此施以適當水平的氮肥可提高收獲指數和產量。

　　異三聚體鳥嘌呤核苷結合蛋白(簡稱G 蛋白)是一類在真核細胞中保守的重要信號轉導分子，介導細胞膜外側的G蛋白偶聯型受體(GPCR)與膜內側效應器之間的跨膜信號轉導，由α、β和γ三個亞基組成。許多研究表明植物 G 蛋白介導的信號轉導途徑在光、激素、糖等響應過程中發揮著精細的調控作用。研究人員發現，在體內DEP1蛋白與Gα 亞基(RGA1)和Gβ 亞基(RGB1)發生了互作，導致RGA1活性降低，RGB1活性增高，從而抑制了氮反應。

　　由此，研究人員斷定這一植物G蛋白復合物調控了氮信號。調控異三聚體G蛋白的活性有可能是環保且可持續地提高水稻產量的一個有前景的策略。