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氮是影响植物生长发育和农作物产量的一种重要的大量营养元素。在农业生产中，农民施用大量的氮肥来维持农作物的高产。但由于过低的氮利用效率(NUE)，多数氮肥没有被植物完全吸收而流失向环境，造成了严重的环境污染，同时增加了农业生产的成本。解决这一问题的一个有效途径就是培育氮肥高效利用的作物新品种。 近日，中国科学技术大学向成斌课题组在Plant Biotechnology Journal上发表了题为“Rice NIN‐LIKE PROTEIN 4 plays a pivotal role in nitrogen use efficiency”的研究论文，发现了一个能够显著提高水稻NUE和产量的氮高效优良候选基因OsNLP4。 作者首先发现OsNLP4能够显著的影响水稻的营养生长，osnlp4突变体即使在氮充足的生长条件下也表现出明显的缺氮表型，而过量表达OsNLP4的株系则大大增强了对低氮的耐受能力。 田间不同施氮水平实验表明osnlp4突变体与野生型相比产量明显下降，与之相反，过表达株系显著提高了水稻的产量和氮肥利用效率。过表达株系在低施肥条件下的产量甚至与野生型在正常施肥条件下的产量持平，这在农业生产上具有重要的实际应用意义。 转录组数据分析发现，OsNLP4能够广泛的调控参与氮吸收、同化和信号转导过程中多个基因的表达，在水稻氮代谢和信号通路中起核心调控的作用。ChIP实验和酵母单杂交实验表明OsNLP4可以直接结合多个氮代谢关键基因的启动子从而驱动其表达，从而调节水稻的氮吸收和同化的能力。 进一步研究发现，OsNLP4在转录水平受氮饥饿处理的强烈诱导，然而氮饥饿时OsNLP4的蛋白水平却很低。这种转录和翻译之间的不一致暗示OsNLP4通过在转录水平上快速反应为氮缺失做好准备，合成OsNLP4 mRNA，一旦氮在生长环境中可用，OsNLP4 mRNA可迅速翻译，促进N的吸收和利用。这可能是植物适应环境中氮源变化的一种经济而又有效的响应机制。 本研究表明，OsNLP4作为氮素吸收、同化和信号传导的关键调控因子，能够显著提高不同氮素条件下的水稻籽粒产量和氮素利用效率，是一个能够提高作物产量和氮素利用效率的优良候选基因。 中国科学技术大学博士后吴杰为该论文第一作者，中国科学技术大学向成斌教授和布鲁克海文国家实验室余林辉博士为该论文的共同通讯作者。该研究受到国家重点研发项目(2016YFD0100701)、国家自然科学基金(3157110003)等项目的支持。 原文链接： https://onlinelibrary./doi/epdf/10.1111/pbi.13475 植物生物技术Pbj 交流群 |
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