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遗传发育所发现水稻高产关键基因DEP1的新功能

摘要 : 中科院遗传发育所傅向东课题组通过与同行合作表明,水稻高产关键基因DEP1参与调控植物对氮信号的感知与响应。这项研究为揭示农作物氮高效利用的分子调控机制提供了新线索,也为实现我国农业可持续发展提供了新的策略。相关文章发表于2014年4月28日的《Nature Genetics》杂志上。
遗传发育所发现水稻高产关键基因DEP1的新功能

水稻是重要的粮食作物,为世界上大约一半的人口提供粮食。在农业生产中,大量施用氮肥一直是水稻增产的重要措施之一。但是,施用过多的氮肥不仅增加种植成本,而且会污染环境。因此,克隆氮高效利用的基因、提高水稻氮肥吸收利用效率是降低水稻生产成本、减少环境污染、稳定提高水稻产量的一种有效途经。

傅向东课题组通过与同行合作,在完成了水稻高产关键基因DEP1(DENSE AND ERECT PANICLES 1) 的克隆的基础上,经过五年的研究,在DEP1基因功能研究方面又获得了新进展。DEP1基因的不同等位变异对氮的响应(包括植株高度和分蘖数等)不同,携带dep1-1等位变异的水稻在营养生长期对氮响应不敏感,氮的吸收和同化能力增强,进而收获指数和产量得到了提高。DEP1基因编码植物G蛋白γ亚基。G蛋白是调控动植物生长发育的重要信号传导蛋白,包括α、β和γ亚基。

在体内,DEP1蛋白能够与Gα亚基(RGA1)和Gβ亚基(RGB1)相互作用。进一步研究发现,RGA1活性降低或者RGB1活性提高能够抑制水稻生长对氮的响应。这表明,G蛋白复合体参与调控植物对氮信号的感知与响应。因此,通过调节G蛋白的活性可以改变水稻对氮的响应,进而在适当减少氮肥施用量的条件下获得水稻的高产。

DEP1基因这一新功能的发现,为揭示农作物氮高效利用的分子调控机制提供了新线索,也为实现我国农业可持续发展提供了新的策略。2014年4月28日,该项研究成果被英国《自然-遗传学》(《Nature Genetics》)杂志在线发表(DOI:10.1038/ng.2958 )。该研究得到了科技部973项目和国家自然科学基金项目的资助。

原文摘要:

Heterotrimeric G proteins regulate nitrogen-use efficiency in rice

Hongying Sun, Qian Qian, Kun Wu, Jijing Luo, Shuansuo Wang, Chengwei Zhang, Yanfei Ma, Qian Liu, Xianzhong Huang, Qingbo Yuan, Ruixi Han, Meng Zhao, Guojun Dong,Longbiao Guo, Xudong Zhu, Zhiheng Gou, Wen Wang, Yuejin Wu, Hongxuan Lin &Xiangdong Fu

The drive toward more sustainable agriculture has raised the profile of crop plant nutrient-use efficiency. Here we show that a major rice nitrogen-use efficiency quantitative trait locus (qNGR9) is synonymous with the previously identified gene DEP1 (DENSE AND ERECT PANICLES 1). The different DEP1 alleles confer different nitrogen responses, and genetic diversity analysis suggests that DEP1 has been subjected to artificial selection during Oryza sativa spp. japonica rice domestication. The plants carrying the dominant dep1-1 allele exhibit nitrogen-insensitive vegetative growth coupled with increased nitrogen uptake and assimilation, resulting in improved harvest index and grain yield at moderate levels of nitrogen fertilization. The DEP1 protein interactsin vivo with both the Gα (RGA1) and Gβ (RGB1) subunits, and reduced RGA1 or enhanced RGB1 activity inhibits nitrogen responses. We conclude that the plant G protein complex regulates nitrogen signaling and modulation of heterotrimeric G protein activity provides a strategy for environmentally sustainable increases in rice grain yield.

来源: 中科院 浏览次数:666

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