岳西籍科学家储成才团队水稻研究项目取得新突破

近日，Plant Cell在线发表了中科院遗传发育研究所储成才研究员团队的题为“Expression of the nitrate transporter gene OsNRT1.1A/OsNPF6.3 confers high yield and early maturation in rice ” 的研究论文，发现控制水稻氮高效、高产与早熟关键基因OsNRT1.1A。

该研究团队前期研究结果表明，籼稻品种利用硝酸盐的能力显著高于粳稻品种，并证明编码硝酸盐转运蛋白基因――OsNRT1.1B的单碱基变异是导致粳稻与籼稻间氮肥利用效率差异的重要原因 (Hu et al., Nature Genetics, 2015)。OsNRT1.1B与拟南芥中的硝酸盐感应器（transceptor）AtNRT1.1具有保守的生物学功能。有意思的是，水稻基因组中存在三个AtNRT1.1同源蛋白，依据序列相似性高低依次命名为OsNRT1.1A、OsNRT1.1B和OsNRT1.1C。亚细胞定位分析显示，OsNRT1.1A定位于液泡膜，而OsNRT1.1B定位于细胞膜；OsNRT1.1B受硝酸盐诱导，而OsNRT1.1A受铵盐诱导；OsNRT1.1B主要参与水稻对外界硝酸盐的应答反应，而OsNRT1.1A则参与水稻对细胞内硝酸盐及铵盐的的调节。硝态氮和铵态氮是植物利用的主要氮源形式。水稻作为水生植物，铵态氮是其主要利用方式。OsNRT1.1A受铵盐诱导，表明水稻OsNRT1.1A的这种功能分化对其环境适应性具有重要意义。

水稻中存在数十个硝酸盐转运蛋白，导致其存在相当程度的功能冗余，大多编码硝酸盐转运蛋白的突变体均没有明显的表型差异，然而，OsNRT1.1A的突变导致水稻植株矮化，开花期延长，产量降低。而过量表达OsNRT1.1A在不同水稻品种及在不同氮肥条件下均可显著提高水稻生物量和产量，并能大幅缩短水稻成熟时间。在北京、长沙及海南等多年多点的田间试验表明，OsNRT1.1A过表达植株在高氮和低氮条件下均表现出显著的增产效果。尤其在低氮条件下，OsNRT1.1A过表达株系小区产量以及氮利用效率最高可提高至60%，而且在高氮条件下相较于对照品种可提早开花2周以上，从而有效缩短了水稻成熟时间。在拟南芥中过量表达OsNRT1.1A也能使拟南芥开花大幅提前，并显著增加拟南芥生物量和种子量。这些结果证明，该项研究成果为培育兼具高产与早熟水稻品种，克服农业生产中高肥导致的“贪青晚熟”问题提供了解决方案，并有可能延伸到其他作物品种，具有巨大的应用潜力。

王威博士和胡斌副研究员为论文共同第一作者。本项目得到国家科技部和中国科学院分子模块设计育种创新体系先导科技专项资助。