徐国华课题组发现提高水稻氮素利用效率的新途径

我校徐国华教授课题组最近从水稻中发现了一种受细胞pH调控的硝酸盐运输蛋白，过量表达该基因促进水稻从土壤中吸收更多的氮，提高水稻产量和氮素利用效率。该项研究由南京农业大学科学家主导并实质完成，相关研究结果以范晓荣博士为第一作者、徐国华和Tony Miller为共同通讯作者发表在《美国科学院院报》（PNAS）上。

水稻是主要的粮食作物，养活全球近50%的人口。水稻高产离不开氮肥的施用，但利用效率低下，过量施用不仅浪费了资源和能源，而且加剧了土壤酸化、水体富营养化和农业温室气体排放等一系列生态环境问题，因此亟需从育种源头上提高水稻本身的氮肥利用效率。

水稻在淹水和旱作环境下均可生长。淹水厌氧条件有利于土壤中铵盐的积累，而旱作及水稻根系分泌氧气可促进硝酸盐的利用。铵硝营养影响植物细胞质的酸碱度平衡，进而影响细胞代谢与植物生长。徐国华教授课题组在水稻中发现了一个编码硝酸盐转运蛋白的基因，OsNRT2.3，该基因可以产生两种结构上略有不同的蛋白，OsNRT2.3a和OsNRT2.3b。研究发现OsNRT2.3b响应细胞内pH，可以开启或关闭硝酸盐的跨膜运输。 当OsNRT2.3b蛋白在植物细胞中过量表达后，它可以更好地缓冲细胞中pH的变化，从而有利于吸收更多的氮及铁和磷等营养元素。田间试验表明，过表达OsNRT2.3b可以提高水稻(日本晴)产量20%-54%，提高氮素利用率40%左右。该发现已经获得了中国和美国专利，并许可给国内相关单位和国际种业公司培育作物氮素高效新品种。该研究无论在理论研究还是应用潜力上，都具有重要的突破。

该研究电生理试验与英国John Innes Centre的Tony Miller博士合作完成，该基因在水稻群体中的自然变异研究得到了华中农业大学练兴明博士的帮助，田间试验得到了浙江大学吴平教授的帮助。

论文链接：http://www.pnas.org/content/early/2016/06/01/1525184113.lon

[ 赵烨烨 石松 ]

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