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傅向东:提高水稻氮利用效率和产量的新方法

核心提示: 9月29日上午,中科院遗传发育所傅向东研究员做客我校植科院作物科学高端讲坛,在基因楼129报告厅做了题目为“Beyond the Green revolution: new approaches improving nitrogen use efficiency and grain yield in rice”的学术报告。

南湖网讯(通讯员 刘菊红)9月29日上午,中国科学院遗传发育所傅向东研究员做客我校植科院作物科学高端讲坛,在基因楼129报告厅做了题目为“Beyond the Green revolution: new approaches improving nitrogen use efficiency and grain yield in rice”的学术报告,我校严建兵等200多名师生参加了此次讲坛。

傅向东研究员讲到,第一次绿色革命利用sd1进行半矮化革命,使得水稻在高肥条件下抗倒伏,增加收获指数,但水稻对氮营养的吸收和利用明显降低,其中的机制还不清楚,并且随着施肥量的增加,水稻产量也并未显著的成正相关方式增加。因此,如何在保持第一次绿色革命红利的基础上提高水稻对氮素的吸收利用值得探讨。

通过把含sd1位点的高氮利用和低氮利用的两个水稻品种进行近等基因系构建以及后续图位克隆分析,他们获得了一个在氮高效利用上发挥主要作用的qNGR2位点。研究发现,在NIL-sd1中引入qNGR2可以增加养分的吸收,但不影响株高。NGR2编码一个转录因子,可以直接结合调控植物氮吸收、氮同化以及生长代谢等基因的启动子,而DELLA蛋白可以与NGR2互作从而干扰NGR2对靶基因的调控。除了在水稻中的作用,过表达OsNGR2还可以使含有Rht1位点(小麦矮杆基因)的小麦增加氮利用和产量。

第一次绿色革命在降低株高的同时还带来一些负效应,如减少穗粒数,增加分蘖。90年代国际水稻所提出了一种“理想株型”,即分蘖数减少而穗粒数增加。傅向东研究员同样利用正向遗传学方法克隆了一个能够调控水稻理想株型的NPT1基因,该基因编码一个与人类OTUB1同源的去泛素化酶,NPT1可以与E2泛素连接酶OsUBC13互作。进一步通过IP-MS鉴定到多个NPT1的互作蛋白,其中包括OsSPL14。NPT1可以与OsSPL14的SBP结构域互作,通过抑制OsSPL14的Lys63位泛素化调控其蛋白的不稳定性。田间试验发现,聚合npt1和dep1位点可以使水稻增产10%以上。DEP1是一个控制直立密穗的基因。DEP1编码G蛋白γ亚基,其C端的缺失突变可以增加产量。DEP1蛋白的C-end和N-end能够相互作用并且能够自我抑制,DEP1通过与G蛋白α亚基、G蛋白β亚基以及LGY3蛋白互作,对籽粒大小起调控作用,将lgy3和dep1位点聚合可以进一步增加产量。

人物简介傅向东研究员,中科院遗传发育所分子农业生物学中心和植物细胞与染色体工程国家重点实验室主任,国家杰出青年基金获得者。主要研究方向:1)赤霉素信号途径及其调控植物生长发育的分子机制;2)研究水稻穗发育和产量性状形成的遗传调控网络,利用分子设计培育“资源节约型”水稻新品种。在Nature、Nature Genetics、Current Biology、Plant Cell等国际一流刊物上发表多篇有重要影响的论文。

审核人:纪洪涛

责任编辑:付一凡
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