植物适应土壤氮素环境的基因选择:以水稻为例

摘要

在农业生产过程中,施用无机氮肥是提高作物产量的基础,但氮肥过量施加对生态系统和植物发育进程均会产生不利影响.因此,提高作物氮素利用效率是农业可持续发展的关键.目前,对重要粮食作物水稻(Oryza sativa)的氮高效研究取得了一系列重要进展,并克隆到多个调控氮素吸收、转运和代谢的关键基因.然而,在不断被人工选育的过程中,水稻适应土壤不同氮素环境的遗传基础尚不清楚.近日,中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才团队通过评估全球不同生态地理区域的水稻种质资源,以分蘖数对氮的响应(TRN)为指标进行全基因组关联分析,鉴定到1个TRN关键负调控基因OsTCP19,发现其启动子区1个29 bp的核苷酸插入缺失多态性(InDel)变异与品种间的TRN差异密切相关.OsTCP19通过抑制其下游分蘖促进基因DLT转录进而负调控TRN,而OsTCP19自身的转录活性受氮响应因子OsLBD负调控.OsTCP19的不同等位变异在不同水稻品种中被差异选择并固定,且与当地土壤含氮量显著相关,是调控水稻氮素适应性的重要遗传基础.该研究揭示了水稻适应土壤氮素环境变化的分子遗传机制,为水稻氮素高效利用育种提供了新的遗传资源.