作者 姚媛

1月6日，國際著名雜志《自然》以長文報道了中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所儲成才研究組的重要研究成果?？茖W家利用全基因組關聯(lián)分析，鑒定了一個關鍵的氮高效基因OsTCP19，并詳細解析了其上下游調控機制。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重要，也為實現(xiàn)農業(yè)領域的節(jié)能減排、推動農業(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份早期水稻農家種進行了全面的農藝性狀鑒定，發(fā)現(xiàn)不同氮肥條件下，水稻分蘗（分枝）氮響應能力與氮肥利用效率變異間存在高度關聯(lián)。研究組利用全基因組關聯(lián)分析技術鑒定到一個水稻氮高效基因OsTCP19，其作為關鍵調控因子調控水稻分蘗。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，OsTCP19上游調控區(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差異的主要原因。氮高效品種中的OsTCP19調控區(qū)缺失該29-bp核酸序列，氮響應負調控因子LBD蛋白可以高效結合在該位點附近并抑制OsTCP19轉錄表達。通過多重組學分析，OsTCP19作為調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)育的調控，揭示了氮素調控水稻分蘗發(fā)育過程的分子基礎。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，使水稻能在大量施用化肥情況下，獲得較高產量。然而，這導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、土質的巨大差異造就了農家品種豐富的遺傳多樣性。在水稻種子庫中，集合了在現(xiàn)代高產水稻品種推廣之前，也就是氮肥大量施用之前，世界各地農家種植的本地品種。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，也能達到相同的產量。

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