水稻高產與氮高效協同調控新機制獲揭示

　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員傅向東與福建農林大學和浙江理工大學的合作者首次揭示了通過精準調控染色質三維結構，能協同提升水稻產量和氮肥利用效率，為解決長期困擾現代農業的“高投入、高產出”難題提供了全新的理論依據與育種策略。相關研究10月29日發表于《自然-遺傳學》。

　　上世紀60年代的“綠色革命”通過半矮化育種使全球糧食產量翻番，但其成果嚴重依賴化肥的大量投入，帶來了巨大的環境壓力。如何在減少化肥用量的前提下，持續提高糧食產量，是當今全球農業可持續發展面臨的核心挑戰。

　　此前的研究中，傅向東團隊已系統闡明了協同調控作物光合作用、氮代謝和生長發育的關鍵分子模塊。合作團隊將目光投向了決定基因何時、何處開啟的“開關”——染色質三維結構。

　　他們在水稻中鑒定出一個關鍵基因RCN2，并發現其上游一處自然變異能顯著調控該基因的表達，從而協同提升作物產量、氮肥利用效率及收獲指數。進一步研究中，他們首次在植物中鑒定出在植物中鑒定出功能性絕緣子順式元件INS及其結合蛋白OsYY1，在低氮條件下，這個“絕緣子”會通過促使染色質形成環狀結構，從而抑制RCN2基因的轉錄，限制其功能。

　　基于此，研究團隊利用基因編輯技術，對這一染色質三維構象進行了精準調控，如同解開了一個抑制產量的“基因鎖”。改造后的水稻，其RCN2基因的表達得以優化，最終協同增強了作物的“源”（碳氮代謝能力）與“庫”（籽粒儲存能力），在不增加氮肥的情況下，實現了產量、氮肥利用效率和收獲指數的同步提升。

　　尤為重要的是，研究將基因編輯的靶點聚焦于非編碼蛋白質的基因組區域，有效規避了白質編碼序列改變帶來的潛在副作用，為克服作物育種中常見的“一因多效”性狀權衡難題提供了新思路，即通過精準調控染色質三維結構以優化基因時空表達，實現多個性狀間的協同改良。研究提出重塑“源-庫”關系是協同提升作物產量與氮肥利用效率的必由之路，也是突破當前育種瓶頸的根本出路，為未來作物設計育種確立了可借鑒的新范式。