傅向东课题组在G蛋白提高水稻氮利用率的研究中取得新进展
水稻是重要的粮食作物,为世界上大约一半的人口提供粮食。在农业生产中,大量施用氮肥一直是水稻增产的重要措施之一。但是,施用过多的氮肥不仅增加种植成本,而且会污染环境。因此,克隆氮高效利用的基因、提高水稻氮肥吸收利用效率是降低水稻生产成本、减少环境污染、稳定提高水稻产量的一种有效途经。
傅向东课题组通过与同行合作,在完成了水稻高产关键基因DEP1(DENSE AND ERECT PANICLES 1) 的克隆的基础上,经过五年的研究,在DEP1基因功能研究方面又获得了新进展。DEP1基因的不同等位变异对氮的响应(包括植株高度和分蘖数等)不同,携带dep1-1等位变异的水稻在营养生长期对氮响应不敏感,氮的吸收和同化能力增强,进而收获指数和产量得到了提高。DEP1基因编码植物G蛋白γ亚基。G蛋白是调控动植物生长发育的重要信号传导蛋白,包括α、β和γ亚基。在体内,DEP1蛋白能够与Gα亚基(RGA1)和Gβ亚基(RGB1)相互作用。进一步研究发现,RGA1活性降低或者RGB1活性提高能够抑制水稻生长对氮的响应。这表明,G蛋白复合体参与调控植物对氮信号的感知与响应。因此,通过调节G蛋白的活性可以改变水稻对氮的响应,进而在适当减少氮肥施用量的条件下获得水稻的高产。
DEP1基因这一新功能的发现,为揭示农作物氮高效利用的分子调控机制提供了新线索,也为实现我国农业可持续发展提供了新的策略。2014年4月28日,该项研究成果被英国《自然-遗传学》(《Nature Genetics》)杂志在线发表(DOI:10.1038/ng.2958 )。该研究得到了科技部973项目和国家自然科学基金项目的资助。
论文链接:Heterotrimeric G proteins regulate nitrogen-use efficiency in rice