近日，南京農(nóng)業(yè)大學徐國華教授團隊在Nature communications發(fā)表了題為Sugar transporter modulates nitrogen-determined tillering and yield formation in rice的研究論文，揭示了葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白OsSTP28調(diào)控氮素介導(dǎo)的水稻分蘗和產(chǎn)量建成的機制。

作物碳-氮代謝、分配利用的協(xié)同是作物高產(chǎn)和氮素高效利用的基礎(chǔ)。綠色革命之后，高產(chǎn)半矮稈品種的廣泛種植和氮肥的施用提高了作物產(chǎn)量。然而，氮肥的大量生產(chǎn)和施用不僅增加了能耗和生產(chǎn)成本，還嚴重影響了生態(tài)環(huán)境，如土壤酸化、水體富營養(yǎng)化和溫室氣體排放增加等。因此，挖掘提高作物氮素利用效率的關(guān)鍵基因、創(chuàng)制氮高效優(yōu)異種質(zhì)材料是新綠色革命品種培育的基礎(chǔ)，也是“減肥增產(chǎn)”的重要任務(wù)。

本研究利用全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）、基因編輯、多組學分析和田間試驗等手段挖掘到水稻分蘗氮響應(yīng)的負關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子（葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白OsSTP28），解析了水稻分蘗氮響應(yīng)和產(chǎn)量形成的新機制。研究表明氮素營養(yǎng)通過抑制OsSTP28的表達提高了莖基部質(zhì)外體葡萄糖水平，進而通過組蛋白H3K27的甲基化修飾抑制轉(zhuǎn)錄因子OSH15的表達并激活赤霉素氧化酶GA2oxs介導(dǎo)的赤霉素分解代謝，最終促進了水稻的分蘗和產(chǎn)量的提升。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)OsSTP28的優(yōu)異等位基因可以更加高效地促進現(xiàn)代栽培水稻品種的分蘗氮響應(yīng)和產(chǎn)量，為水稻高產(chǎn)和氮高效的遺傳改良提供了優(yōu)異的基因資源。

綜上所述，該研究以氮素調(diào)控水稻分蘗發(fā)生為例，闡明了氮素通過調(diào)控庫器官單糖的分配，實現(xiàn)碳-氮協(xié)同，提高產(chǎn)量的新機制，為氮素高效育種提供了新思路和基因資源。

OsSTP28調(diào)控氮素依賴的水稻分蘗和產(chǎn)量建成的模式圖（LN: 低氮；HN:高氮）

南京農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境科學學院的張金飛博士為該論文的第一作者，徐國華教授，劉鷹副教授為共同通訊作者。南京農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境科學學院顧冕教授，張抒南副研究員，中山大學農(nóng)學與生物技術(shù)學院陳景光副教授，南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院徐益峰教授，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所高級工程師褚金芳博士等參與了該研究。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃，國家自然科學基金，江蘇省種業(yè)振興揭榜掛帥項目的資助。

文章鏈接： https://www.nature.com/articles/s41467-024-53651-1