研究揭示生長素穩態調控氮肥利用效率機制

氮肥是促進作物產量增加的要素之一。然而，近年來氮肥使用量的攀升并未帶來農作物產量的大幅提高，經濟效益和生態效益反而呈下降趨勢。如何提高氮肥利用效率已成為農業生產中亟待解決的問題。培育氮肥高效利用的作物新品種是降低生產成本、減少環境污染、大幅增加生態效益的有效途徑。

近日，南京農業大學農學院植物激素與基因編輯團隊在《植物細胞》上發表最新研究成果。

該研究利用華粳秈74 為背景的水稻單片段代換系材料，結合重疊群作圖和圖位克隆技術從秈稻中分離到氮高效利用基因DNR1，該基因編碼吡哆醛磷酸依賴型的氨基轉移酶，負向調控生長素的合成。已有報道證實生長素能夠調控植物的氮肥利用效率，但具體分子機制尚不清晰。

該研究發現，外界氮源能夠通過調控DNR1基因的表達水平來改變水稻體內的生長素含量，從而影響生長素信號途徑響應基因OsARFs對下游氮代謝相關基因的激活能力，最終實現對水稻氮肥利用效率的調控。研究揭示的N-DNR1-Auxin-OsARF分子模塊豐富了對氮素-生長素-氮肥利用效率的認識，從分子水平上揭示了生長素穩態調控氮肥利用效率的機制。

DNR1的啟動子序列在秈、粳水稻亞種間存在520 bp的差別，這導致秈稻與粳稻的氮肥吸收速率的顯著差異；秈稻中DNR1indica等位基因的低表達導致秈稻中生長素含量升高，使之具有更高的氮肥利用能力。將粳稻品種和DNR1敲除系種植在不同施加氮肥量的大田中，DNR1敲除系均能增產8%-25%，這表明，DNR1在提高粳稻氮肥利用效率上極具應用潛力和價值。