5月19日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物營(yíng)養(yǎng)生物學(xué)團(tuán)隊(duì)在期刊Plant Physiology上發(fā)表了題為“Transcription factor OsSNAC1 positively regulates nitrate transporter gene expression in rice”的研究論文，揭示了轉(zhuǎn)錄因子OsSNAC1正向調(diào)控硝酸根轉(zhuǎn)運(yùn)基因OsNRTs的表達(dá)提高水稻氮吸收的分子機(jī)制。
2023年5月22日
來(lái)源：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
氮是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素，更是作物產(chǎn)量和品質(zhì)的限制因子。過(guò)去幾十年，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上大量施用氮肥有力地促進(jìn)了我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展和糧食產(chǎn)量的提高，但是過(guò)量施用氮肥使農(nóng)作物氮利用效率普遍降低。氮肥利用效率偏低、過(guò)剩氮肥殘留在農(nóng)田易造成地下水、湖泊、河流和淺水海域生態(tài)系統(tǒng)富營(yíng)養(yǎng)化，以及溫室氣體排放、酸雨形成、飲用水硝態(tài)氮含量超標(biāo)等問(wèn)題，對(duì)我國(guó)生態(tài)環(huán)境、糧食安全和人體健康造成了潛在的威脅。因此，研究作物氮素吸收的分子調(diào)控機(jī)制，探索提高作物氮吸收利用效率的新途徑，為培育氮高效作物品種提供理論基礎(chǔ)和遺傳資源，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定、綠色發(fā)展具有重要意義。
雖然普遍認(rèn)為水稻是喜銨（NH4+）作物，但是過(guò)量的NH4+容易對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用。在水稻生長(zhǎng)過(guò)程中根系會(huì)出現(xiàn)泌氧現(xiàn)象，根際好氧微生物會(huì)將NH4+氧化為硝酸根（NO3-），因此，在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中NO3-同樣是水稻根系吸收的重要氮源。在水稻根際NO3-的濃度往往較低，通常在1-10μM范圍之內(nèi)，因此，高親和NO3-轉(zhuǎn)運(yùn)子在NO3-吸收過(guò)程中行使的功能不容忽視。OsNRT2.1是一個(gè)水稻根特異表達(dá)的高親和NO3-轉(zhuǎn)運(yùn)基因，受缺氮誘導(dǎo)高氮抑制，在低氮條件下對(duì)NO3-吸收行使主要功能。低NO3-條件下，OsNRT2.1的表達(dá)量直接影響水稻根系對(duì)NO3-的吸收能力，然而水稻OsNRT2.1的上游調(diào)控機(jī)制尚不清楚。
該研究以水稻OsNRT2.1基因上游啟動(dòng)子片段為“誘餌”篩選酵母單雜交文庫(kù)，獲得一個(gè)候選的上游調(diào)控因子OsSNAC1。熒光定量PCR和ProOsSNAC1:GUS轉(zhuǎn)基因植株分析結(jié)果顯示，OsSNAC1基因在水稻全生育期各組織部位均有表達(dá)，并受缺氮誘導(dǎo)表達(dá)。在NO3--N供應(yīng)下，OsSNAC1與硝酸根轉(zhuǎn)運(yùn)基因OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B的表達(dá)模式高度相似；但在NH4+-N供應(yīng)下，與銨離子轉(zhuǎn)運(yùn)基因OsAMTs的表達(dá)模式并不相同。酵母單雜交、煙草瞬時(shí)表達(dá)和ChIP-qPCR試驗(yàn)證明，OsSNAC1可與OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B基因的上游啟動(dòng)子發(fā)生相互作用。超量表達(dá)OsSNAC1顯著提高了OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B的表達(dá)量，促進(jìn)植株對(duì)NO3-的吸收，增加氮累積量，提高地上部氮利用效率，從而促進(jìn)植株生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成。敲除OsSNAC1下調(diào)OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B的表達(dá)量，降低植株對(duì)NO3-的吸收，降低氮累積量及氮利用效率，從而抑制植株的生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成。總而言之，該研究表明轉(zhuǎn)錄因子OsSNAC1可通過(guò)正向調(diào)控OsNRTs基因的表達(dá)來(lái)促進(jìn)水稻植株對(duì)NO3-的吸收，提高氮利用效率，促進(jìn)植株生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)碩士研究生杞金芳和在讀碩士研究生郁露為共同第一作者，蔡紅梅副教授為通訊作者，博士研究生丁靜麗和姬晨晨參與了該研究，徐芳森教授、石磊教授、王創(chuàng)教授、丁廣大教授和汪社亮副教授對(duì)該研究的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析提供了寶貴的建議。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。
2023年5月22日
來(lái)源：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
