中新社北京2月7日電 (記者 孫自法)記者7日從中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所獲悉，該所傅向東研究員帶領的科研團隊歷時8年協(xié)作與攻關，研究發(fā)現(xiàn)并從現(xiàn)有水稻品種中獲得關鍵基因NGR5，有望培育出“少投入、多產(chǎn)出”的綠色高產(chǎn)水稻新品種，既為綠色高產(chǎn)高效農(nóng)作物分子設計育種奠定理論基礎，也提供出具有育種利用價值的基因資源。
資料圖：水稻田。中新社記者 泱波 攝中國科學家團隊“關于赤霉素信號傳導新機制調(diào)控水稻氮肥高效利用的最新研究進展”這一重要研究成果論文，北京時間7日凌晨獲國際權威學術期刊《科學》雜志以研究長文形式發(fā)表，并被《科學》雜志選為本期封面文章進行重點推薦。
傅向東研究團隊利用化學誘變和遺傳篩選，從攜帶“綠色革命”基因的水稻品種9311中篩選到一個產(chǎn)量性狀對氮素響應不敏感的突變體，通過圖位克隆方法獲得了氮肥高效利用的關鍵基因NGR5。研究表明NGR5是水稻生長發(fā)育響應氮素的正調(diào)控因子，同時NGR5的基因表達水平和蛋白積累量隨施肥量的增加而增加。在當前主栽高產(chǎn)品種中，提高NGR5表達量不僅能提高水稻氮肥利用效率，同時還可保持其優(yōu)良的半矮化和高產(chǎn)特性，最終使水稻在適當減少施氮肥條件下獲得更高產(chǎn)量。研究團隊還發(fā)現(xiàn)一個新型的優(yōu)異等位基因NGR5(hap.2)，其表達量對氮素改變的響應更加敏感，將這個優(yōu)異等位變異位點導入當前高產(chǎn)品種后，有望培育出“少投入、多產(chǎn)出”的綠色高產(chǎn)水稻新品種。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，NGR5是赤霉素信號傳導途徑的一個新的關鍵元件，它能與赤霉素受體GID1蛋白互作。NGR5還能與一種被稱作多梳抑制復合物2(PRC2)的蛋白復合物互作，通過介導H3K27me3甲基化修飾水平調(diào)節(jié)靶基因的表達，進而調(diào)控水稻分蘗等農(nóng)藝性狀及其對氮素的響應。赤霉素通過促進NGR5蛋白降解，導致表觀遺傳修飾降低，進而增強靶基因的轉錄激活活性，實現(xiàn)赤霉素促進植物分枝生長發(fā)育。這一赤霉素信號傳導新機制的發(fā)現(xiàn)，不僅豐富了科學家對于赤霉素作用機理的認識，而且從分子水平揭示了“綠色革命”矮稈品種在高肥條件下增產(chǎn)的原因。
傅向東研究團隊表示，這次研究還發(fā)現(xiàn)NGR5與DELLA蛋白互作的機制，DELLA蛋白能競爭性結合赤霉素受體GID1蛋白，抑制赤霉素介導的NGR5蛋白降解，進而增加NGR5蛋白穩(wěn)定性。該成果深化對赤霉素信號傳導和植物氮素響應之間復雜的相互作用機制的理解，找到一條在保證糧食產(chǎn)量不斷提高的同時，提高水稻氮肥利用效率、降低化肥投入、減少環(huán)境污染的育種新策略，有助于培育“少投入、多產(chǎn)出”作物新品種，從而實現(xiàn)可持續(xù)的糧食安全。(完)
