近日，南京农业大学徐国华教授团队在Nature Communications发表了题为Sugar transporter modulates nitrogen-determined tillering and yield formation in rice的研究论文，揭示了葡萄糖转运蛋白OsSTP28调控氮素介导的水稻分蘖和产量建成的机制。
作物碳-氮代谢、分配利用的协同是作物高产和氮素高效利用的基础。绿色革命之后，高产半矮秆品种的广泛种植和氮肥的施用提高了作物产量。然而，氮肥的大量生产和施用不仅增加了能耗和生产成本，还严重影响了生态环境，如土壤酸化、水体富营养化和温室气体排放增加等。因此，挖掘提高作物氮素利用效率的关键基因、创制氮高效优异种质材料是新绿色革命品种培育的基础，也是“减肥增产”的重要任务。
本研究利用全基因组关联分析（GWAS）、基因编辑、多组学分析和田间试验等手段挖掘到水稻分蘖氮响应的负关键调节因子（葡萄糖转运蛋白OsSTP28），解析了水稻分蘖氮响应和产量形成的新机制。研究表明氮素营养通过抑制OsSTP28的表达提高了茎基部质外体葡萄糖水平，进而通过组蛋白H3K27的甲基化修饰抑制转录因子OSH15的表达并激活赤霉素氧化酶GA2oxs介导的赤霉素分解代谢，最终促进了水稻的分蘖和产量的提升。此外，该研究还发现OsSTP28的优异等位基因可以更加高效地促进现代栽培水稻品种的分蘖氮响应和产量，为水稻高产和氮高效的遗传改良提供了优异的基因资源。
综上所述，该研究以氮素调控水稻分蘖发生为例，阐明了氮素通过调控库器官单糖的分配，实现碳-氮协同，提高产量的新机制，为氮素高效育种提供了新思路和基因资源。
OsSTP28调控氮素依赖的水稻分蘖和产量建成的模式图（LN: 低氮；HN:高氮）
南京农业大学资源环境科学学院的张金飞博士为该论文的第一作者，徐国华教授，刘鹰副教授为共同通讯作者。南京农业大学资源环境科学学院顾冕教授，张抒南副研究员，中山大学农学与生物技术学院陈景光副教授，南京农业大学生命科学学院徐益峰教授，中国科学院遗传与发育生物学研究所高级工程师褚金芳博士等参与了该研究。研究工作得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金，江苏省种业振兴揭榜挂帅项目的资助。
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-53651-1
来源：南京农业大学
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