Plant Cell | 水稻中自然等位基因变异可提高氮素利用效率

Zhang et al. 在The Plant Cell在线发表了题为Natural Allelic Variation in a Modulator of Auxin Homeostasis Improves Grain Yield and Nitrogen Use Efficiency in Rice的研究论文。该研究揭示了水稻中一种新的提高氮素利用率和籽粒产量的方式。

研究背景

氮素（N）是作物生长的必需元素之一，通常通过外界施肥的方式供给给植物。但是过量使用氮肥会增加农业生产的成本，并会导致一系列的环境问题，例如气候变化、土壤酸化，以及水体富营养化。因此，提高作物的氮素利用率（N use efficiency, NUE）是现代农业的一个急需实现的目标。植物氮素代谢受包括生长素在内的多种激素调控。然而，有哪些生长素相关基因参与这一调控、这些基因该如何被应用于提高作物NUE和产量仍是悬而未决的问题。

科学问题

我们想要知道qDNR1 (Dull Nitrogen Response 1)，一个水稻中与NUE相关的数量性状位点（quantitative trait locus, QTL），是如何通过调节生长素稳态来调控氮素代谢的，以及操控水稻中DNR1的水平是否能够提高NUE和作物产量。

研究结果

qDNR1是一个造成indica和japonica两个品种之间氮素吸收和同化作用不同的QTL。DNR1是生长素累积的负调控因子，而生长素累积这一过程本身又受到外界氮素条件影响。Indica这一品种中的DNR1水平比japonica中的低，而生长素含量比在japonica中的高，这就导致indica中多种AUXIN RESPONSE FACTORs被激活，进而提高NUE和籽粒产量。最后，我们的结果显示通过降低japonica品种中DNR1的水平来增加生长素的含量能够提高其NUE和籽粒产量。

展望

我们的发现揭示了调控氮素-DNR1介导的生长素反应能够被用来可持续性地、环保地提高水稻产量。这一育种策略也可以作为将来研究的重点。此外，氮素究竟如何提高DNR1水平的作用机制也有待进一步探究。