我校徐國華教授課題組最近從水稻中發(fā)現(xiàn)了一種受細(xì)胞pH調(diào)控的硝酸鹽運(yùn)輸?shù)鞍?，過量表達(dá)該基因促進(jìn)水稻從土壤中吸收更多的氮，提高水稻產(chǎn)量和氮素利用效率。該項(xiàng)研究由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)家主導(dǎo)并實(shí)質(zhì)完成，相關(guān)研究結(jié)果以范曉榮博士為第一作者、徐國華和Tony Miller為共同通訊作者發(fā)表在《美國科學(xué)院院報(bào)》（PNAS）上。
水稻是主要的糧食作物，養(yǎng)活全球近50%的人口。水稻高產(chǎn)離不開氮肥的施用，但利用效率低下，過量施用不僅浪費(fèi)了資源和能源，而且加劇了土壤酸化、水體富營(yíng)養(yǎng)化和農(nóng)業(yè)溫室氣體排放等一系列生態(tài)環(huán)境問題，因此亟需從育種源頭上提高水稻本身的氮肥利用效率。
水稻在淹水和旱作環(huán)境下均可生長(zhǎng)。淹水厭氧條件有利于土壤中銨鹽的積累，而旱作及水稻根系分泌氧氣可促進(jìn)硝酸鹽的利用。銨硝營(yíng)養(yǎng)影響植物細(xì)胞質(zhì)的酸堿度平衡，進(jìn)而影響細(xì)胞代謝與植物生長(zhǎng)。徐國華教授課題組在水稻中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)編碼硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因，OsNRT2.3，該基因可以產(chǎn)生兩種結(jié)構(gòu)上略有不同的蛋白，OsNRT2.3a和OsNRT2.3b。研究發(fā)現(xiàn)OsNRT2.3b響應(yīng)細(xì)胞內(nèi)pH，可以開啟或關(guān)閉硝酸鹽的跨膜運(yùn)輸。 當(dāng)OsNRT2.3b蛋白在植物細(xì)胞中過量表達(dá)后，它可以更好地緩沖細(xì)胞中pH的變化，從而有利于吸收更多的氮及鐵和磷等營(yíng)養(yǎng)元素。田間試驗(yàn)表明，過表達(dá)OsNRT2.3b可以提高水稻(日本晴)產(chǎn)量20%-54%，提高氮素利用率40%左右。該發(fā)現(xiàn)已經(jīng)獲得了中國和美國專利，并許可給國內(nèi)相關(guān)單位和國際種業(yè)公司培育作物氮素高效新品種。該研究無論在理論研究還是應(yīng)用潛力上，都具有重要的突破。
該研究電生理試驗(yàn)與英國John Innes Centre的Tony Miller博士合作完成，該基因在水稻群體中的自然變異研究得到了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)練興明博士的幫助，田間試驗(yàn)得到了浙江大學(xué)吳平教授的幫助。
論文鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2016/06/01/1525184113.lon
水稻是主要的糧食作物，養(yǎng)活全球近50%的人口。水稻高產(chǎn)離不開氮肥的施用，但利用效率低下，過量施用不僅浪費(fèi)了資源和能源，而且加劇了土壤酸化、水體富營(yíng)養(yǎng)化和農(nóng)業(yè)溫室氣體排放等一系列生態(tài)環(huán)境問題，因此亟需從育種源頭上提高水稻本身的氮肥利用效率。
水稻在淹水和旱作環(huán)境下均可生長(zhǎng)。淹水厭氧條件有利于土壤中銨鹽的積累，而旱作及水稻根系分泌氧氣可促進(jìn)硝酸鹽的利用。銨硝營(yíng)養(yǎng)影響植物細(xì)胞質(zhì)的酸堿度平衡，進(jìn)而影響細(xì)胞代謝與植物生長(zhǎng)。徐國華教授課題組在水稻中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)編碼硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因，OsNRT2.3，該基因可以產(chǎn)生兩種結(jié)構(gòu)上略有不同的蛋白，OsNRT2.3a和OsNRT2.3b。研究發(fā)現(xiàn)OsNRT2.3b響應(yīng)細(xì)胞內(nèi)pH，可以開啟或關(guān)閉硝酸鹽的跨膜運(yùn)輸。 當(dāng)OsNRT2.3b蛋白在植物細(xì)胞中過量表達(dá)后，它可以更好地緩沖細(xì)胞中pH的變化，從而有利于吸收更多的氮及鐵和磷等營(yíng)養(yǎng)元素。田間試驗(yàn)表明，過表達(dá)OsNRT2.3b可以提高水稻(日本晴)產(chǎn)量20%-54%，提高氮素利用率40%左右。該發(fā)現(xiàn)已經(jīng)獲得了中國和美國專利，并許可給國內(nèi)相關(guān)單位和國際種業(yè)公司培育作物氮素高效新品種。該研究無論在理論研究還是應(yīng)用潛力上，都具有重要的突破。
該研究電生理試驗(yàn)與英國John Innes Centre的Tony Miller博士合作完成，該基因在水稻群體中的自然變異研究得到了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)練興明博士的幫助，田間試驗(yàn)得到了浙江大學(xué)吳平教授的幫助。
論文鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2016/06/01/1525184113.lon