Nature Commun | 储成才团队揭示水稻氮高效利用新机制，助力农业绿色发展|储成才|新品种|氮素|水稻氮|种植

“绿色革命”培育的半矮秆水稻品种大幅度提高了全球粮食产量，但其存在一大短板：植株对氮肥的感知响应能力显著减弱，需要大量施用氮肥才能释放高产潜力。这种高氮肥投入不仅推高了种植成本，也造成土壤酸化、水体富营养化、温室气体排放加剧等一系列生态环境问题。如何破解绿色革命后水稻品种氮利用效率低下难题，已经成为现代农业可持续发展亟待攻克的关键课题。

近日，华南农业大学储成才教授团队在Nature Communications在线发表了题为Natural variation inBRN1enhances nitrogen sensitivity to improve rice nitrogen use efficiency的研究论文，揭示了水稻氮素高效利用的一个全新调控机制。研究挖掘到一个关键氮信号转录因子BRN1，其优异等位BRN1H可有效缓解高氮诱导的独脚金内酯抑制因子D53积累所引发的生长抑制效应，显著提升水稻对氮素感知灵敏度与氮素利用效率，为发展节肥增产的绿色农业提供了重要基因资源和理论支撑。

研究团队利用来自于世界71个国家和地区、遗传多样性丰富的179份水稻微核心种质资源(图1A)，通过分析其在低氮和高氮环境下生物量的氮响应表现 (图1B)，发现不同水稻品种对氮素的敏感性存在显著差异，借助全基因组关联分析(GWAS)技术，团队定位获得了一个调控水稻氮敏感性的关键“分子开关”BRN1基因。

进一步机制解析发现，氮肥施用水平升高时，独脚金内酯信号通路的核心抑制因子D53蛋白会大量累积，D53蛋白能够与BRN1发生互作，抑制BRN1对硝酸盐信号核心转录因子NLP3的转录激活功能，造成水稻氮吸收、转运及同化相关基因表达下调，最终导致水稻对氮素响应能力下降。

研究人员从自然水稻种质中鉴定出BRN1的优异自然变异等位基因BRN1H。该变异编码的蛋白具有更高的稳定性，即便高氮条件下D53大量积累，依旧可以抵抗D53的抑制作用，保障水稻维持较强氮响应能力(图1C)。田间试验证实，将BRN1H导入现代主栽品种秀水134后，在低氮及高氮种植条件下，水稻产量分别提升17.4%和22.9%，实现增产与节肥的协同效果。

基于此，研究团队构建了全新的D53-BRN1-NLP3完整分子调控模块，系统阐明了水稻感知外界氮营养信号、进而调控自身生长发育的分子通路(图1C)。群体遗传分析显示，优异等位变异BRN1H在籼稻中分布较多，而在粳稻中十分稀缺，这为水稻不同亚种开展定向精准设计育种提供了新思路，具有广阔的育种应用前景。