中國青年報客戶端北京7月22日電(中青報·中青網(wǎng)記者 邱晨輝)我國在作物科學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域迎來一項重要發(fā)現(xiàn)。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所周文彬研究員領(lǐng)銜,在水稻中研究發(fā)現(xiàn)了水稻高產(chǎn)基因OsDREB1C,能夠同時提高光合作用效率和氮素利用效率,可顯著提高作物產(chǎn)量,該因子還可使水稻提前抽穗,縮短生育期。
7月22日,這一研究成果在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》以研究長文的形式在線發(fā)表。中國科學(xué)院院士、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所所長錢前表示,口糧絕對安全是保障中國糧食安全的關(guān)鍵,不斷提高作物單產(chǎn)水平是解決糧食缺口的重要途徑。該研究在作物中發(fā)現(xiàn)可協(xié)同調(diào)控多個重要生物學(xué)途徑的單一基因,使作物同時實現(xiàn)高產(chǎn)、早熟以及氮素高效利用,為作物高產(chǎn)和減少氮肥施用、實現(xiàn)“綠色高效”提供了可行的解決方案,對于未來作物新品種和新種質(zhì)的培育以及大田栽培耕作模式的變革具有重要的理論價值。
OsDREB1C促進水稻高產(chǎn)早熟。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所供圖
20世紀60年代開始的綠色革命,通過作物品種選育以及栽培管理技術(shù)的提高,實現(xiàn)了作物產(chǎn)量大幅提升。然而,近年來作物單產(chǎn)增長緩慢,全球約24~39%的玉米、水稻、小麥以及大豆種植區(qū)域單產(chǎn)處于停滯不前甚至下降的態(tài)勢。此外,施用氮肥是農(nóng)作物增產(chǎn)的重要措施之一,我國是世界化肥消費第一大國,每年氮肥用量占世界總施用量的35%以上。近年來,大量氮肥的過量施用不僅沒有帶來作物產(chǎn)量的持續(xù)提高,反而導(dǎo)致了嚴重的環(huán)境污染問題。因此,進一步提高作物單產(chǎn)和氮肥利用效率需要新的途徑和策略。
據(jù)周文彬介紹,在這項研究中,研究人員從光合碳同化和氮素吸收利用協(xié)同調(diào)控出發(fā),以先前報道的潛在參與調(diào)控玉米光合作用的118個轉(zhuǎn)錄因子為切入點,通過分析它們在水稻中的同源基因在光下和低氮條件下的誘導(dǎo)表達情況,在水稻中鑒定到一個同時受光和低氮誘導(dǎo)表達的轉(zhuǎn)錄因子OsDREB1C。
研究發(fā)現(xiàn),OsDREB1C基因能提高水稻光合作用效率和氮素利用效率。研究人員通過現(xiàn)代基因工程技術(shù)使OsDREB1C在水稻植株中提高該基因產(chǎn)物的表達量,發(fā)現(xiàn)增強該基因表達后的植株,較野生型光合碳同化速率顯著提高,在光下生長速度更快,并且葉片中積累更多光合同化產(chǎn)物。同時,過表達植株對氮素的吸收轉(zhuǎn)運能力增強,并能將更多的氮素分配到籽粒中,氮素利用效率顯著提高。大田氮肥試驗表明,在不施用氮肥條件下,OsDREB1C過表達植株產(chǎn)量已達到甚至高于野生型施用氮肥條件下的產(chǎn)量水平。
周文彬說,OsDREB1C基因可顯著提高水稻產(chǎn)量。研究團隊通過2018年至2022年間在北京、三亞、杭州的多年多點田間試驗發(fā)現(xiàn),在水稻品種“日本晴”中過表達OsDREB1C基因,較野生型可實現(xiàn)水稻顯著增產(chǎn),產(chǎn)量提高41.3~68.3%,收獲指數(shù)提高40.3~55.7%;在栽培稻品種“秀水134”中過量表達該基因,較野生型產(chǎn)量提高30.1—41.6%,同時收獲指數(shù)提高14.8—15.7%。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所博士研究生魏少博和博士李霞為該論文的共同第一作者,周文彬為通訊作者。周文彬表示,未來,研究團隊將繼續(xù)強化基礎(chǔ)研究,同時深入開展該基因產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究,與國內(nèi)相關(guān)研究團隊一起協(xié)同攻關(guān),爭取該基因早日應(yīng)用,培育高產(chǎn)新品種,為國家糧食安全貢獻力量。
責(zé)任編輯:梁國勝