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中国科学家发现培育绿色高产水稻新品种关键基因

更新时间:2020-02-12

中新网北京2月7日电  记者7日从我国科学院遗传与发育生物学研讨所(中科院遗传发育所)得悉,该所傅向东研讨员带领的科研团队历时8年协作与攻关,研讨发现并从现有水稻种类中取得要害基因NGR5,有望培养出“少投入、多产出”的绿色高产水稻新种类,既为绿色高产高效农作物分子规划育种奠定理论基础,也供给出具有育种使用价值的基因资源。     我国科学家团队“关于赤霉素信号传导新机制调控水稻氮肥高效使用的最新研讨进展”这一重要研讨效果论文,北京时间7日清晨获世界威望学术期刊《科学》杂志以研讨长文(Research Article)方式宣布,并被《科学》杂志选为本期封面文章(Cover Story)进行要点引荐。该项效果深化对赤霉素信号传导和植物氮素呼应之间杂乱的相互效果机制的了解,找到一条在确保粮食产值不断进步的一起,进步水稻氮肥使用功率,下降化肥投入,削减环境污染的育种新策略,有助于培养“少投入、多产出”作物新种类,然后完成可继续的粮食安全。     中科院遗传发育所介绍,水稻是我国最重要的粮食作物之一,对保证国家粮食安全和社会安稳起到非常重要的效果。氮肥是农业生产中需要量最大的化肥种类,它对进步作物产值、改进农产品质量有重要效果。不过,怎么从育种源头上进步农作物本身的氮肥使用功率,既保存以矮化育种为特征的“绿色革命”种类的高产特性,又能削减氮肥施用量,到达“少投入、多产出”方针,已成为当时我国农业可继续发展亟待解决的重大问题。     傅向东研讨团队使用化学诱变和遗传挑选,从带着“绿色革命”基因的水稻种类9311中挑选到一个产值性状对氮素呼应不灵敏的突变体,经过图位克隆办法取得了氮肥高效使用的要害基因NGR5。研讨标明NGR5是水稻生长发育(包含株高、分蘖和每穗粒数等重要农艺性状)呼应氮素的正调控因子,一起NGR5的基因表达水平缓蛋白堆集量随上肥量的添加而添加。在当时主栽高产种类中,进步NGR5表达量不只进步水稻氮肥使用功率,一起还可坚持其优秀的半矮化和高产特性,终究导致水稻在恰当削减施氮肥条件下取得更高的产值。研讨团队还发现一个新式的优异等位基因NGR5(hap.2),其表达量对氮素改动的呼应愈加灵敏,将这个优异等位变异位点导入当时高产种类后,有望培养出“少投入、多产出”的绿色高产水稻新种类。     进一步的研讨发现,NGR5是赤霉素信号传导途径的一个新的要害元件,它能与赤霉素受体GID1蛋白互作。NGR5还能与一种被称作多梳按捺复合物2(PRC2)的蛋白复合物互作,经过介导H3K27me3甲基化润饰水平调理靶基因的表达,然后调控水稻分蘖等农艺性状及其对氮素的呼应。赤霉素经过促进NGR5蛋白降解,导致表观遗传润饰下降,然后增强靶基因的转录激活活性,完成赤霉素促进植物分枝生长发育。这一赤霉素信号传导新机制的发现,不只丰厚了科学家关于赤霉素效果机理的知道,并且从分子水平提醒了“绿色革命”矮秆种类在高肥条件下增产的原因。     傅向东研讨团队表明,这次研讨还发现NGR5与DELLA蛋白互作的机制,DELLA蛋白能竞争性结合赤霉素受体GID1蛋白,按捺赤霉素介导的NGR5蛋白降解,然后添加NGR5蛋白安稳性。DELLA蛋白堆集导致第一次“绿色革命”,完成植株半矮化、耐高肥和抗倒伏的高产方针,但也伴随着氮肥使用功率的下降。相反,NGR5蛋白的高水平堆集并不改动“绿色革命”的半矮化优秀性状,但能添加水稻分蘖数,然后完成在削减氮肥投入的条件下进一步进步现有主栽种类产值和氮肥使用功率。该研讨效果为“少投入、多产出、保护环境”的绿色高产高效农作物分子规划育种奠定了理论基础,并供给具有育种使用价值的基因资源。(完) 日期:2020-02-07  
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