中國學(xué)者找到農(nóng)作物高產(chǎn)少肥途徑

• 2018年8月16日 FanTianQing來源：鳳凰資訊 475 25
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  2018-2024年中國農(nóng)業(yè)機械行業(yè)市場調(diào)研及發(fā)展前景分析報告

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

中國科學(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歷時6年產(chǎn)出的新成果在線發(fā)表在頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）。該成果或預(yù)示著新“綠色革命”的到來：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

研究團隊接下來的問題就是GRF4決定氮吸收效率的機制是什么？

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’品種的機理是什么，哪些基因在如何相應(yīng)地調(diào)控植物生長?！备迪驏|表示。

經(jīng)過很長時間發(fā)現(xiàn)，“綠色革命”的根本是DELLA蛋白的積累量增加了，而DELLA蛋白會抑制植物株高生長，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，赤霉素會通過破壞DELLA蛋白來促進農(nóng)作物生長。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子上，通過激活這些下游的基因來增加氮的吸收和代謝。同時，GRF4需要另一個關(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，正因為GRF4和DELLA蛋白家族之間存在相互作用，研究團隊證實，GRF4也是赤霉素信號傳遞途徑的一個關(guān)鍵元件。赤霉素通過促進DELLA蛋白降解，進而增強GRF4轉(zhuǎn)錄激活活性，實現(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，GRF4是一個植物碳-氮代謝的正調(diào)控因子，可以促進氮素吸收、同化和轉(zhuǎn)運途徑，以及光合作用、糖類物質(zhì)代謝和轉(zhuǎn)運等，進而促進植物生長發(fā)育。

傅向東等人認(rèn)為，GRF4新功能的發(fā)現(xiàn)不僅豐富了對于赤霉素信號傳導(dǎo)分子機制的認(rèn)識，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?/strong>

值得注意的是，這不是傅向東團隊首次找到提高氮使用效率的秘訣。

2014年，研究團隊曾找到另一個關(guān)鍵基因DEP1同樣能提高氮的使用效率?！斑@兩個發(fā)現(xiàn)的分子機制是不一樣的，這次是赤霉素信號途徑，當(dāng)時是G蛋白信號途徑。這兩個機制之間不會互相拮抗（阻抑作用），所以組合在一起會有好上加好的效果?！?/p>

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

而前述提到的Fanmiao Wang 和Makoto Matsuoka在點評傅向東等人的成果時則表示，這項研究將激勵其他研究人員發(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擇項越來越多的時候，一場新的“綠色革命”將到來。Fanmiao Wang等人如此表述。

傅向東談及其長期以來的研究工作，“我們實驗室的理念是，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，因為這樣才能真正被育種家和農(nóng)民接受的?！?/p>

而這項最新的成果或是一項接受度很高的育種選項?！暗谝?，它對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。這三個性狀對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是非常有利的?！备迪驏|表示。

如何評價這項耗時6年的工作？傅向東感慨，第一次“綠色革命”解決了產(chǎn)量的問題，但留下了氮肥利用效率的問題?，F(xiàn)在我們這個工作既保持了“綠色革命”品種的半矮化優(yōu)點，同時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，也符合目前國內(nèi)少投入、多產(chǎn)出、保護環(huán)境的育種理念，我個人覺得對主要農(nóng)作物育種影響還是蠻大的?！?/p>

不過，傅向東強調(diào)，這僅僅是理論上的突破?！案嬖V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踐才能證明?！逼鋱F隊目前已經(jīng)在和育種專家合作去開展相關(guān)工作，“我們希望找出更多的優(yōu)異等位基因來供育種家選則，雖然每個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>