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研究前沿

中科院Nature Genetics发表水稻氮素利用相关进展

信息来源: 本站原创 发布日期: 2015-06-09 浏览次数:

       来自中科院遗传与发育生物学研究所、中国科学院大学、首都师范大学等机构的研究人员在新研究中证实,NRT1.1B基因变异导致了水稻亚种之间硝酸盐利用的差异。这一研究发现发布在6月8日的《自然遗传学》(Nature Genetics)杂志上。


领导这一研究的是中科院遗传与发育生物学研究所的储成才(Chengcai Chu)研究员。其研究组主要以水稻为材料,开展农作物源库互作和产量构成、种子休眠和萌发的分子机制研究,并利用分子手段实现对植物基因表达的精细调控和作物品种的分子设计改良。


培育高产、超高产水稻栽培品种及结合合理的施肥方式是实现水稻高产的主要途径。籼稻(indica)和粳稻(japonica)是两个主要的亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)亚种,研究其产量形成差异具有重要意义。氮是影响水稻产量最重要的因素之一,籼稻表现出更强的硝酸盐利用能力。但目前对于这种差异背后的分子机制仍 不是很清楚。


在这篇新文章中研究人员证实,水稻硝酸盐转运蛋白基因NRT1.1B (OsNPF6.5)的变异有可能导致了这种硝酸盐利用的差异。系统发育研究结果揭示,NRT1.1B在籼稻和粳稻之间有差异,籼稻NRT1.1B变异与 增强硝酸盐吸收和根系向地上部运输,以及硝酸盐反应基因表达上调有关联。籼稻NRT1.1B的选择信号(selection signature)表明,这种硝酸盐利用差异出现在水稻驯化过程中。值得注意的是,田间测试近等基因系和转基因株系证实,携带籼稻NRT1.1B等位基 因的粳稻品种相比没有携带这一等位基因的粳稻品种产量及氮利用效率(NUE)显著增高。


这些研究结果表明了,NRT1.1B基因变异可以很大程度上解释籼稻和粳稻之间的硝酸盐利用差异,表明籼稻NRT1.1B有潜力提高粳稻的氮利用率。




Asian cultivated rice (Oryza sativa L.) consists of two main subspecies, indica and japonica. Indica has higher nitrate-absorption activity than japonica, but the molecular mechanisms underlying that activity remain elusive. Here we show that variation in a nitrate-transporter gene, NRT1.1B (OsNPF6.5), may contribute to this divergence in nitrate use. Phylogenetic analysis revealed that NRT1.1B diverges between indica and japonica. NRT1.1B-indica variation was associated with enhanced nitrate uptake and root-to-shoot transport and upregulated expression of nitrate-responsive genes. The selection signature of NRT1.1B-indica suggests that nitrate-use divergence occurred during rice domestication. Notably, field tests with near-isogenic and transgenic lines confirmed that the japonica variety carrying the NRT1.1B-indica allele had significantly improved grain yield and nitrogen-use efficiency (NUE) compared to the variety without that allele. Our results show that variation in NRT1.1B largely explains nitrate-use divergence between indica and japonica and that NRT1.1B-indica can potentially improve the NUE of japonica.








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