赤霉素信号传导新机制提高水稻氮肥利用效率

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所和牛津大学植物科学系等联合攻关，在赤霉素信号传导新机制提高水稻氮肥利用效率研究上取得重要进展。该研究成果以论文的形式于2020年2月7日发表在Science杂志上，并被作为该期的封面文章进行了重点推荐。

减少农业生产中氮肥投入并提高作物产量是农业可持续发展中亟待解决的重大问题。

上世纪60年代，矮化育种使水稻和小麦具有耐高肥、抗倒伏和高产的优良特性，但同时也存在氮肥利用效率低的缺点，其产量增加对化肥的依赖性高。持续大量的氮肥投入不仅增加种植成本，还导致环境污染。如何减少农业生产中的氮肥投入并持续提高作物产量，已成为农业可持续发展亟待解决的重大问题。

发现了赤霉素和氮素协同调控水稻生长发育的关键基因NGR5 ，并阐明了NGR5通过表观遗传调控水稻分蘖数等农艺性状氮素响应的分子机制。

研究人员发现了一种与氮响应相关的水稻基因，氮诱导该基因会引发NGR5蛋白积累，引起抑制分蘖生长基因的结构变化，从而达到关闭这些基因，增加分蘖数量，实现增产。

分蘖数的增加同时是由另一种促进分蘖蛋白DELLA的积累引起的，而这种蛋白会被植激素赤霉素（GA）降解。研究发现，GA还会减少NGR5的积累，分蘖生长是NGR5和DELLA蛋白之间复杂相互作用的结果。增加NGR5积累会促使当前的优质水稻品种提高分蘖数和產量，特别是在低施肥水平的情况下。

这项研究发现了植物根据土壤氮素量协调生长的途径，有助于制定育种策略、促进可持续的粮食安全和未来新的绿色革命。

该发现不仅深化了对赤霉素信号传导和植物氮素响应相互作用机制的理解，而且找到了一条在保证产量提高的同时，降低化肥投入、减少环境污染的育种新策略，为培育“少投入、多产出、保护环境”的绿色高产高效新品种奠定了理论基础，并提供了有育种应用价值的基因资源。

来源：牛津大学、中国科学院遗传与发育生物学研究