Nature子刊:提高水稻產量和氮素利用效率的新基因資源

【字體: 時間:2019年12月11日 來源:中國農業科學院

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  研究發現并揭示了可協同提高水稻產量和氮素利用效率的新基因OsNR2的作用機制。

  

近日,國際權威學術期刊《自然·通訊》(Nature Communications)在線發表了中國農業科學院深圳農業基因組研究所錢前院士研究團隊聯合中國水稻研究所等單位合作完成的題為“The indica nitrate reductase gene OsNR2 allele enhances rice yield potential and nitrogen use efficiency”的研究論文。該研究發現并揭示了可協同提高水稻產量和氮素利用效率的新基因OsNR2的作用機制。

研究利用秈稻9311和粳稻日本晴構建的重組自交系(RIL)群體,通過圖位克隆發現了硝酸鹽類似物氯酸鹽(ClO3-)抗性QTL-qCR2,其為編碼硝酸還原酶的OsNR2基因。點突變分析發現,位于NAD(P)H結合域的精氨酸(秈型)和色氨酸(粳型)的差異是秈稻硝酸還原酶活性高于粳稻的關鍵。

研究人員將秈型和粳型OsNR2等位基因分別轉入粳稻日本晴,發現攜帶秈型OsNR2的轉基因植株NR活性更高,15NO3-吸收活性更強,地上部和穗部含氮量也更高。多地田間試驗表明帶有秈型OsNR2的近等基因系或轉基因株系有效分蘗和產量增加。此外,OsNR2等位基因和OsNRT1.1B等位基因(編碼硝態氮轉運蛋白)具有正反饋相互作用,在粳稻背景下聚合秈型OsNR2基因和OsNRT1.1B基因,可以獲得比導入單個基因更高的產量和氮肥利用率。

這項研究為培育環境友好型、資源節約型水稻提供了新的基因資源,對持續提高水稻產量,保障全球糧食安全具有重要意義。

研究得到了國家自然科學基金和國家重點研發計劃等項目的資助。中國農業科學院深圳農業基因組研究所錢前院士和英國皇家學會會員、英國牛津大學教授Nicholas P. Harberd為共同通訊作者。中國水稻研究所高振宇研究員、陳光副研究員和中科院植物生理生態研究所王玉鋒博士為論文的并列第一作者,基因組所商連光副研究員參與了本研究的大數據分析工作。

原文標題:

The indica nitrate reductase gene OsNR2 allele enhances rice yield potential and nitrogen use efficiency

https://www.nature.com/articles/s41467-019-13110-8

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