研究揭示水稻氮高效利用新机制

近日，华南农业大学教授储成才团队成功揭示了水稻氮素高效利用的新调控机制。研究鉴定出关键氮响应因子BRN1，其优异等位基因型BRN1H可有效缓解高氮条件下独脚金内酯抑制因子D53积累所导致的植株生长抑制，显著增强水稻的氮素响应能力与氮利用效率。相关成果发表于《自然-通讯》。

“绿色革命”培育的半矮秆水稻品种大幅提升了全球粮食总产量，但该类品种存在明显短板：植株对氮肥的感知与响应能力显著衰退，需依赖大量施用氮肥才能发挥高产潜力。高氮投入不仅增加生产成本，还引发土壤酸化、水体富营养化及温室气体过量排放等环境问题。因此，挖掘并破解绿色革命水稻品种氮利用效率偏低的难题，是实现农业绿色发展亟待解决的重要科学问题。

研究团队在国家自然科学基金等项目资助下，选取源自全球71个国家和地区、遗传多样性丰富的179份水稻微核心种质，系统分析了高低氮条件下水稻生物量的氮响应特征。结果表明，不同水稻品种的氮素敏感性存在显著基因型差异。进一步结合全基因组关联分析（GWAS），团队成功定位到调控水稻氮素敏感性的关键因子BRN1，将其确认为调控水稻氮响应的重要分子靶点。

深入机制解析发现，施氮量升高会促使独脚金内酯信号通路核心抑制蛋白D53大量积累；D53与BRN1发生蛋白互作，进而阻断BRN1对硝酸盐信号关键转录因子NLP3的转录激活作用，导致水稻氮吸收、转运与同化相关基因转录水平下调，最终削弱植株对氮素的响应能力。

该研究从水稻自然群体中筛选获得BRN1优异等位基因BRN1H。该等位基因编码的蛋白稳定性更强，能够缓解高氮条件下D53蛋白积累带来的抑制作用，维持水稻高效的氮响应状态。田间小区试验证明，将BRN1H导入秀水134品种后，在低氮和高氮处理下分别增产17.4%和22.9%，兼具增产与节肥双重优势。

论文共同通讯作者、华南农业大学农学院副教授孙虎威表示，基于上述结果，团队构建了由D53-BRN1-NLP3组成的完整分子调控模块，系统解析了水稻响应外界氮素营养信号、调控生长发育的分子通路。群体遗传分析表明，优异等位变异BRN1H在籼稻种质中分布广泛，而在粳稻中则极为稀缺。该发现为水稻不同亚种开展精准分子设计育种提供了全新思路，具有重要的育种应用价值和产业化前景。