中國水稻種植面積占世界水稻種植面積的20％，但氮肥用量卻占全球用量的37％。持續(xù)大量的氮肥投入，不僅浪費(fèi)了資源和能源，還加劇了土壤酸化、水體富營養(yǎng)化和農(nóng)業(yè)溫室氣體排放等一系列問題。8月16日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所傅向東課題組關(guān)于赤霉素信號傳導(dǎo)途徑調(diào)控植物氮肥高效利用的最新成果在線發(fā)表于《自然》雜志，傅向東課題組博士生李姍為該論文第一作者。

傅向東表示，該項(xiàng)成果深化了對于植物生長與代謝協(xié)同調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識，有助于培育綠色高產(chǎn)高效農(nóng)作物新品種，從而找到了一條在保證糧食總產(chǎn)量不斷增長的同時(shí)，提高氮肥利用率、降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)新途徑。

上世紀(jì)60年代，以半矮化育種為特征的第一次“綠色革命”，使得全世界水稻和小麥產(chǎn)量翻了一番。但攜帶“綠色革命”基因的農(nóng)作物中抑制植物生長的DELLA蛋白高水平積累，導(dǎo)致其對氮肥響應(yīng)減弱和利用效率下降。

傅向東告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，課題組歷時(shí)6年，從攜帶“綠色革命”基因的水稻資源材料中篩選到一個(gè)氮素吸收速率顯著增加的新品系，通過QTL定位、圖位克隆等技術(shù)，獲得了氮肥高效利用的關(guān)鍵基因GRF4。

該研究證實(shí)了GRF4是一個(gè)植物碳—氮代謝的正調(diào)控因子，在上調(diào)了GRF4的表達(dá)后，“綠色革命”水稻和小麥品種在維持半矮稈、高產(chǎn)量性狀的同時(shí)，氮利用效率明顯上升。研究還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新型的優(yōu)異等位基因GRF4ngr2。

該研究不僅豐富了對于赤霉素信號傳導(dǎo)分子機(jī)制的認(rèn)識，而且從分子水平闡明了“綠色革命”矮稈育種伴隨氮肥利用效率低下的原因，并提出了明確的解決方案。

日本名古屋大學(xué)教授松岡信同期發(fā)表評述指出，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為“少投入、多產(chǎn)出”的綠色高產(chǎn)高效農(nóng)作物新品種培育提供了具有育種利用價(jià)值的新基因資源，預(yù)示著一場新的“綠色革命”即將到來。