科学家发现控制水稻产量新基因

氮素是生物中最基本的化学元素，是蛋白质、核酸、叶绿素以及其它关键有机分子的基本组成元素。在农业生产中，氮素是限制作物产量的最主要因素之一。然而，农业生产过程中过量的施用氮肥会对土壤、水体、大气和农产品造成直接或是间接的污染。因此，培育具有高效氮素利用效率的作物品种对于现代农业可持续发展至关重要。

2月21日，中国科学院遗传与发育生物学研究所左建儒研究员团队、李家洋院士团队及中国水稻所钱前研究员团队合作在Nature Communications杂志在线发表了题为“Genetic variations in ARE1 mediate grain yield by modulating nitrogen utilization in rice”的研究论文。该研究鉴定了一个新的控制水稻产量的基因are1，并揭示了其通过调控氮素利用效率提高水稻产量的机制。




在植物中，氮同化的两个关键酶为谷氨酰氨合成酶（glutamine synthetase，GS）和谷氨酸合成酶（glutamine:2-oxoglutarate amidotransferase，GOGAT）。GOGAT有两种形式，分别为Fd-GOGAT和NADH-GOGAT。在水稻中，fd-gogat（也被称为：abnormal cytokinin response1 or abc1）弱突变导致氮素利用率降低，引起严重的发育障碍。在本研究中，研究人员鉴定到了abc1-1的抑制子are1（abc1-1 repressor1），发现are1可以部分恢复abc1-1的缺氮素症表型。ARE1是一个高度保守的基因，编码一个叶绿体蛋白。ARE1功能缺失型突变体可以延缓水稻植株衰老，并能提高10—20%的产量，因此，突变体在氮素有限的条件下具有较高的氮素利用效率。本研究对2155个水稻品种分析发现，8% indica和48% aus 中，ARE1启动子中都有一段小的插入片段，导致ARE1的表达降低，从而使水稻籽粒产量增加。因此，本研究表明，ARE1是一个重要的氮素利用效率调控基因，同时，ARE1也是在氮素有限的条件下提高水稻产量的一个重要靶标。



Enhanced grain yield by are1

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