2021-01-11 09:39:20
1月6日，國際著名雜志《自然》以長文報道了中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所儲成才研究組的重要研究成果。科學(xué)家利用全基因組關(guān)聯(lián)分析，鑒定了一個關(guān)鍵的氮高效基因OsTCP19，并詳細解析了其上下游調(diào)控機制。氮高效基因類型OsTCP19在起源于貧瘠土壤的品種中富集，而現(xiàn)代栽培種大多丟失。研究組將氮高效基因類型OsTCP19導(dǎo)入現(xiàn)代水稻品種，在減氮條件下可以提高水稻氮肥利用效率20-30%。這一發(fā)現(xiàn)不僅對于減少化肥施用至關(guān)重要，也為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能減排、推動農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供全新思路。
儲成才研究組對過去100年間收集于全球不同地理區(qū)域52個國家（地區(qū)）的110份早期水稻農(nóng)家種進行了全面的農(nóng)藝性狀鑒定，發(fā)現(xiàn)不同氮肥條件下，水稻分蘗（分枝）氮響應(yīng)能力與氮肥利用效率變異間存在高度關(guān)聯(lián)。研究組利用全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)鑒定到一個水稻氮高效基因OsTCP19，其作為關(guān)鍵調(diào)控因子調(diào)控水稻分蘗。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，OsTCP19上游調(diào)控區(qū)一小段核酸片段（29-bp）的缺失與否是不同水稻品種分蘗氮響應(yīng)差異的主要原因。氮高效品種中的OsTCP19調(diào)控區(qū)缺失該29-bp核酸序列，氮響應(yīng)負調(diào)控因子LBD蛋白可以高效結(jié)合在該位點附近并抑制OsTCP19轉(zhuǎn)錄表達。通過多重組學(xué)分析，OsTCP19作為調(diào)控因子抑制分蘗促進基因DLT的表達，進而實現(xiàn)對水稻分蘗發(fā)育的調(diào)控，揭示了氮素調(diào)控水稻分蘗發(fā)育過程的分子基礎(chǔ)。氮高效品種在低氮或者中氮條件下分蘗數(shù)更多，從而提高氮的利用效率。
長期以來，育種的首要目標是高產(chǎn)，使水稻能在大量施用化肥情況下，獲得較高產(chǎn)量。然而，這導(dǎo)致一些重要基因資源的丟失，以致主栽水稻品種肥料利用效率普遍較低。通過對世界水稻種植區(qū)土壤氮含量數(shù)據(jù)分析，研究團隊發(fā)現(xiàn)，土壤越貧瘠的地方，OsTCP19氮高效變異越常見，并隨著土壤氮含量的增加，氮高效類型品種逐步減少，而我國現(xiàn)代水稻品種中這一氮高效變異幾乎全部丟失。
世界各地氣候、土質(zhì)的巨大差異造就了農(nóng)家品種豐富的遺傳多樣性。在水稻種子庫中，集合了在現(xiàn)代高產(chǎn)水稻品種推廣之前，也就是氮肥大量施用之前，世界各地農(nóng)家種植的本地品種。研究人員通過對這些“古早”的水稻品種進行基因遺傳分析，最終定位了基因組上這一關(guān)鍵變異。將這一氮高效變異重新引入現(xiàn)代水稻品種，從而在水稻種植過程中使用更少的化肥，也能達到相同的產(chǎn)量。（中國農(nóng)網(wǎng)）
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