近日，中國水稻研究所錢前/高振宇團隊在Plant Biotechnology Journal在線發(fā)表了9311 allele ofOsNAR2.2enhances nitrate transport to improve rice yield and nitrogen use efficiency的研究論文，成功鑒定到可調(diào)控硝酸鹽從根部向地上部轉(zhuǎn)運、控制水稻穗數(shù)、產(chǎn)量和氮素利用效率的基因OsNAR2.2，為培育氮高效水稻品種提供了優(yōu)異種質(zhì)資源和理論基礎(chǔ)。
氮是影響水稻生長和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。施用氮肥是提高產(chǎn)量的可行措施之一，但過量施氮會引發(fā)土壤酸化和水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題。因此，提高氮素利用效率（NUE）成為實現(xiàn)低氮投入下水稻高產(chǎn)的最有效途徑之一。水稻主要吸收銨態(tài)氮，但由于土壤硝化細菌的存在，可將部分銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，使得硝態(tài)氮的吸收利用也成為影響水稻氮素利用效率的重要因素。氯酸鹽是硝酸鹽的毒性類似物，其抗性反映了植物利用硝酸鹽的能力。
該研究利用9311與培矮64S（PA64S）為親本構(gòu)建的重組自交系鑒定到控制氯酸鹽抗性的主效QTL位點qCR4。通過9311為背景、qCR4位點來自PA64S的染色體片段代換系CSSLqCR4構(gòu)建的回交自交群體克隆了qCR4，該基因注釋編碼高親和性硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白伴侶蛋白OsNAR2.2。敲除和過表達OsNAR2.2能顯著提高和降低水稻的氯酸鹽抗性，15N實驗進一步表明OsNAR2.2正調(diào)控硝酸鹽從根部向地上部的轉(zhuǎn)運，并且過表達OsNAR2.2顯著提高了水稻的有效穗數(shù)、單產(chǎn)和氮素利用效率。單倍型分析顯示，水稻品種中OsNAR2.2主要存在三種單倍型：Hap.1（日本晴型）主要分布于粳稻，Hap.2（培矮64S型）和Hap.3（9311型）的大部分品種為秈稻。基于有效分蘗數(shù)和單株產(chǎn)量的單倍型-表型關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，Hap.3為優(yōu)勢單倍型。田間氮處理實驗發(fā)現(xiàn)，來自9311的OsNAR2.2等位基因能夠顯著增加低氮和正常氮水平下的有效穗數(shù)、單株產(chǎn)量和氮素利用效率，從而為提升水稻產(chǎn)量和氮素利用效率提供了具有重要育種價值的基因資源。
9311型OsNAR2.2等位基因提高水稻有效穗數(shù)、產(chǎn)量和NUE
中國水稻研究所水稻生物育種全國重點實驗室博士生候琳琳為第一作者。中國水稻研究所錢前院士和高振宇研究員為共同通訊作者。該研究獲得國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程的資金資助。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70073
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