遺傳發育所在水稻氮利用效率改良研究中取得突破

　　氮素是促進作物增產的最關鍵因素之一。統計表明，全世界每年施用氮肥超過1.2億噸。氮肥大量施用不僅增加了農業生產成本，更為重要的是導致包括氣候變化、土壤酸化及水體富營養化等環境災難。正因為如此，氮污染被認為是21世紀人類面臨的最大環境挑戰，據估計僅歐盟每年用于治理氮污染的費用在700-3200億歐元之間。而另一方面，不斷增長的人口對糧食產量提出了更大需求。因此，如何在減少氮肥施用的同時提高農作物產量始終是困擾科學工作者的一個難題，而培育高氮肥利用效率的作物新品種是解決這一系列問題的關鍵。

　　水稻是世界上最重要的糧食作物之一，全球超過1/2的人口以稻米為主食，世界上約90%的水稻在亞洲種植消費。亞洲栽培稻（Oryza sativa L.）分為兩個主要亞種——粳稻（Japonica）與秈稻（Indica），它們在形態、發育與生理等方面都表現出不同的特征。粳稻由于其較強的低溫耐受性在中國、日本及朝鮮半島等東北亞地區廣泛種植，由于粳稻比秈稻具有更好的食味品質，在中國的種植面積逐年擴大。然而，相比秈稻，粳稻的低氮肥利用效率成為限制其種植面積擴大的重要瓶頸。

　　植物主要以銨態氮和硝態氮為主要氮源，中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員儲成才領導的團隊研究表明，秈稻品種利用硝酸鹽的能力顯著高于粳稻品種，通過圖位克隆技術從秈稻中克隆出高氮利用效率基因NRT1.1B，NRT1.1B編碼一個硝酸鹽轉運蛋白，在秈粳稻間只有一個氨基酸的差別，且秈稻與粳稻呈現出顯著的分化，各種證據表明，秈稻型具有更高的硝酸鹽吸收及轉運活性。尤為重要的是，秈稻中的硝酸鹽同化過程的關鍵基因也被顯著上調，這種結果導致秈稻具有更高的氮肥利用能力。這一研究結果表明，NRT1.1B的一個堿基的自然變異是導致粳稻與秈稻間氮肥利用效率差異的重要原因。將秈稻型NRT1.1B導入粳稻品種，在北京、上海、長沙三個試驗點進行的田間實驗表明，含有秈稻型NRT1.1B的粳稻品種在一半施肥條件下，與對照相比增產30-33%，氮肥利用效率提高30%，在正常施氮條件下，增產8-10%，氮肥利用效率提高約10%。這一結果表明，NRT1.1B在粳稻氮肥利用效率改良上具有巨大應用價值。

　　該項研究不僅揭示了水稻亞種間氮利用效率差異的分子機制，更為重要的是，它為我國科學家提出的“分子模塊設計育種”和“綠色超級稻”的培育提供了一個重要的分子模塊。此項成果于6月9日在線發表于Nature Genetics雜志（doi:10.1038/ng.3337），并被期刊評委高度評價為“一個偉大的發現（a great discovery）”。儲成才研究組助理研究員胡斌為該論文的第一作者。該研究得到科技部“863”、“973”項目及中科院戰略性先導專項（A類）項目的資助。