12月5日凌晨，南京農業(yè)大學徐國華課題組在Current Biology 發(fā)表了題為“Nitrogen mediates flowering time and nitrogen use efficiency via floral regulators in rice”的長篇研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)，氮素對水稻抽穗開花的影響十分復雜，是谷氨酰胺（Gln）而不是無機銨（NH4+）直接誘導水稻的開花，氮素過少和過多均會抑制開花。通過對水稻花器官形成部位的轉錄組分析，結合遺傳分析，該研究鑒定到一個受Gln影響并能調控開花時間的轉錄因子，將其命名為“首個氮素介導的抽穗開花因子” （N-mediated heading date-1，Nhd1）。
氮肥是農作物高產優(yōu)質的重要保障，但是氮肥的大量生產和施用不僅增加能源消耗和生產成本，加劇土壤酸化、水體富營養(yǎng)化和溫室氣體排放等資源生態(tài)環(huán)境問題，而且導致作物開花延遲和貪青晚熟，病蟲害增加，降低產量和氮肥利用效率。開花時間早晚是衡量作物生育期的關鍵指標之一，是氮肥及多種環(huán)境因素共同作用的結果，對作物產量和品質形成起著至關重要的作用。因此，探究氮素（N）調控開花的網絡通路對于明晰植物營養(yǎng)與環(huán)境互作，培育花期適宜、高產-穩(wěn)產-氮肥高效品種均具有十分重要的理論和應用價值。然而，至今為止，對氮素調控植物開花的分子遺傳機制所知甚少。
該研究發(fā)現(xiàn)，Nhd1通過正向調控，直接激活開花基因Hd3a，從而調控水稻的開花時間。無論是缺失Nhd1還是Hd3a，在不同日照條件下，水稻開花時間均往后推遲，失去開花對氮肥的響應，增加氮的累積吸收量。與此同時，Nhd1通過負向調控，抑制氮素同化基因Fd-GOGAT，降低其酶的活性和改變谷氨酰胺含量。因此，缺失Nhd1增強氮的同化效率，同時提高產量和氮素利用效率。此外，從水稻核心種質資源中，發(fā)現(xiàn)了分別為高氮促進開花、不影響開花的不同材料，Nhd1啟動子區(qū)的自然變異與其受氮素介導的表達調控和花期關聯(lián)。這些結果表明，在不同供氮和日照條件下，Nhd1具有平衡水稻生育期和氮素效率的功能。
該研究由徐國華教授課題組完成，張抒南博士生為該論文的第一作者，徐國華教授為通訊作者。研究得到了國家重點研發(fā)計劃及國家自然科學基金等資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.10.095
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