中新社北京2月7日電 (記者 孫自法)記者7日從中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所獲悉，該所傅向東研究員帶領(lǐng)的科研團隊歷時8年協(xié)作與攻關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)并從現(xiàn)有水稻品種中獲得關(guān)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(shè)計育種奠定理論基礎(chǔ)，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(xué)家團隊“關(guān)于赤霉素信號傳導(dǎo)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(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志以研究長文形式發(fā)表，并被《科學(xué)》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(xué)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(yīng)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(guān)鍵基因NGR5。研究表明NGR5是水稻生長發(fā)育響應(yīng)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(dāng)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(dāng)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(yīng)更加敏感，將這個優(yōu)異等位變異位點導(dǎo)入當(dāng)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(dǎo)途徑的一個新的關(guān)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(fù)合物2(PRC2)的蛋白復(fù)合物互作，通過介導(dǎo)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(yīng)。赤霉素通過促進NGR5蛋白降解，導(dǎo)致表觀遺傳修飾降低，進而增強靶基因的轉(zhuǎn)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(dǎo)新機制的發(fā)現(xiàn)，不僅豐富了科學(xué)家對于赤霉素作用機理的認(rèn)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(jié)合赤霉素受體GID1蛋白，抑制赤霉素介導(dǎo)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(dǎo)和植物氮素響應(yīng)之間復(fù)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)
