中國(guó)學(xué)者找到農(nóng)作物高產(chǎn)少肥途徑

• 2018年8月16日 FanTianQing來(lái)源：鳳凰資訊 475 25
• 繁體

• 

  2018-2024年中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)市場(chǎng)調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告

  農(nóng)業(yè)機(jī)械涉及面廣泛，是種植業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)和漁業(yè)等生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中動(dòng)力機(jī)械和作業(yè)機(jī)械的總稱(chēng)。農(nóng)業(yè)機(jī)械包括農(nóng)用動(dòng)力機(jī)械、農(nóng)田建設(shè)機(jī)械、土壤耕作機(jī)械、種植和施肥機(jī)械、植物保護(hù)機(jī)械、農(nóng)田排...

中國(guó)科學(xué)院遺傳發(fā)育所研究員、分子農(nóng)業(yè)生物學(xué)中心主任傅向東作為通訊作者的一篇?dú)v時(shí)6年產(chǎn)出的新成果在線發(fā)表在頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）。該成果或預(yù)示著新“綠色革命”的到來(lái)：農(nóng)作物可以做到高產(chǎn)、低肥。

GRF4和“盟友”在半矮化水稻中被挑撥

研究團(tuán)隊(duì)接下來(lái)的問(wèn)題就是GRF4決定氮吸收效率的機(jī)制是什么？

論文提出了GRF4和水稻中DELLA蛋白家族成員SLR1之間的相互作用關(guān)系。

何為DELLA蛋白？這將回溯到“綠色革命”的機(jī)制?！霸谖易x博士和博士后期間（2000年前后），包括我導(dǎo)師在內(nèi)的很多課題組都在追尋‘綠色革命’品種的機(jī)理是什么，哪些基因在如何相應(yīng)地調(diào)控植物生長(zhǎng)?！备迪驏|表示。

經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間發(fā)現(xiàn)，“綠色革命”的根本是DELLA蛋白的積累量增加了，而DELLA蛋白會(huì)抑制植物株高生長(zhǎng)，植物自然就變得半矮化。

具體到水稻中，即表現(xiàn)為SD1等位基因的突變，在小麥中則是Rht等位基因的突變。正常情況下，赤霉素會(huì)通過(guò)破壞DELLA蛋白來(lái)促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)。然而，在上述基因突變的情況下，農(nóng)作物的赤霉素活性被降低。

傅向東等人的這項(xiàng)最新成果中發(fā)現(xiàn)，GRF4能結(jié)合到參與氮吸收代謝的基因的啟動(dòng)子上，通過(guò)激活這些下游的基因來(lái)增加氮的吸收和代謝。同時(shí)，GRF4需要另一個(gè)關(guān)鍵“盟友”GIF1的助推。

而水稻中DELLA蛋白家族成員SLR1剛好具有一種類(lèi)似“挑撥盟友”的作用，抑制GRF4和GIF1之間的作用，從而抑制了GRF4的轉(zhuǎn)錄激活活力，最終抑制了氮的吸收代謝。

此外，正因?yàn)镚RF4和DELLA蛋白家族之間存在相互作用，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)，GRF4也是赤霉素信號(hào)傳遞途徑的一個(gè)關(guān)鍵元件。赤霉素通過(guò)促進(jìn)DELLA蛋白降解，進(jìn)而增強(qiáng)GRF4轉(zhuǎn)錄激活活性，實(shí)現(xiàn)植物葉片光合碳固定能力和根系氮吸收能力的協(xié)同調(diào)控，從而維持植物碳-氮代謝平衡。

研究最終證實(shí)，GRF4是一個(gè)植物碳-氮代謝的正調(diào)控因子，可以促進(jìn)氮素吸收、同化和轉(zhuǎn)運(yùn)途徑，以及光合作用、糖類(lèi)物質(zhì)代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)等，進(jìn)而促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。

傅向東等人認(rèn)為，GRF4新功能的發(fā)現(xiàn)不僅豐富了對(duì)于赤霉素信號(hào)傳導(dǎo)分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)，而且從分子水平闡明了“綠色革命”矮桿育種伴隨氮肥利用效率低下的原因，并提出了明確的解決方案。

新“綠色革命”或?qū)⒌絹?lái)

值得注意的是，這不是傅向東團(tuán)隊(duì)首次找到提高氮使用效率的秘訣。

2014年，研究團(tuán)隊(duì)曾找到另一個(gè)關(guān)鍵基因DEP1同樣能提高氮的使用效率?！斑@兩個(gè)發(fā)現(xiàn)的分子機(jī)制是不一樣的，這次是赤霉素信號(hào)途徑，當(dāng)時(shí)是G蛋白信號(hào)途徑。這兩個(gè)機(jī)制之間不會(huì)互相拮抗（阻抑作用），所以組合在一起會(huì)有好上加好的效果?！?/p>

傅向東認(rèn)為，把上述兩個(gè)基因組合起來(lái)用在水稻中，將來(lái)的應(yīng)用前景可能更大一些。

而前述提到的Fanmiao Wang 和Makoto Matsuoka在點(diǎn)評(píng)傅向東等人的成果時(shí)則表示，這項(xiàng)研究將激勵(lì)其他研究人員發(fā)現(xiàn)更多其他和氮利用相關(guān)的基因和分子。

當(dāng)?shù)眯侍岣咄緩降倪x擇項(xiàng)越來(lái)越多的時(shí)候，一場(chǎng)新的“綠色革命”將到來(lái)。Fanmiao Wang等人如此表述。

傅向東談及其長(zhǎng)期以來(lái)的研究工作，“我們實(shí)驗(yàn)室的理念是，減少肥料的使用量有很多種辦法，但是一定是在保證產(chǎn)量不減的前提下減少施肥量，因?yàn)檫@樣才能真正被育種家和農(nóng)民接受的?！?/p>

而這項(xiàng)最新的成果或是一項(xiàng)接受度很高的育種選項(xiàng)。“第一，它對(duì)氮的吸收利用效率更高了；第二，它能增加產(chǎn)量；第三，它能使植物莖稈變粗更加耐倒伏。這三個(gè)性狀對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是非常有利的?！备迪驏|表示。

如何評(píng)價(jià)這項(xiàng)耗時(shí)6年的工作？傅向東感慨，第一次“綠色革命”解決了產(chǎn)量的問(wèn)題，但留下了氮肥利用效率的問(wèn)題?，F(xiàn)在我們這個(gè)工作既保持了“綠色革命”品種的半矮化優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又提高了氮肥利用效率?！皯?yīng)該是站在了巨人的肩膀上再往前走了一步，也符合目前國(guó)內(nèi)少投入、多產(chǎn)出、保護(hù)環(huán)境的育種理念，我個(gè)人覺(jué)得對(duì)主要農(nóng)作物育種影響還是蠻大的?！?/p>

不過(guò)，傅向東強(qiáng)調(diào)，這僅僅是理論上的突破。“告訴了我們有這樣的應(yīng)用前景，真正的應(yīng)用前景還是要靠育種家一線的實(shí)踐才能證明?！逼鋱F(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)在和育種專(zhuān)家合作去開(kāi)展相關(guān)工作，“我們希望找出更多的優(yōu)異等位基因來(lái)供育種家選則，雖然每個(gè)育種家有他自己的理念，但我們希望能提供給他們一些好的材料?！?/p>

延伸閱讀

推薦閱讀

猜您喜歡