以下文章来源于植物生物技术Pbj ,作者L.YL
本公众号致力于生物技术领域重要进展的推介,由 Plant Biotech. Journal杂志(2022年影响因子13.8,植物学研究型Top3 期刊)官方授权,华中农业大学为运营主体,PBJ杂志执行主编-华中农大金双侠教授担任总编辑
在作物种植的过程使用肥料会让作物长的更好,但是随着肥料的使用增加常常会导致环境被破坏。如最常见的肥料之一-氮肥其用量的增加对环境具有有害影响。所以在减少氮肥使用的条件下,仍能增加作物产量被认为是未来农业可持续性的谷物育种目标。而对氮利用效率(NUE)相关基因进行遗传修饰就是培育高氮利用效率(NUE)品种的非常有前景的办法。氮利用效率(NUE)这个性状是多基因控制的,因为NUE涉及了氮感测,吸收,转运和同化的多个步骤。而近来关于氮转运蛋白的自然变异被研究,但是能够提高氮利用效率(NUE)的氮素同化相关的关键基因却缺少发掘。
近日南京农业大学联合农科院作物所在PLANT BIOTECHNOLOGY JOURNAL上发表了题为“Enhanced OsNLP4‐OsNiR cascade confers nitrogen use efficiency by promoting tiller number in rice”的研究成果,发现了一种OsNLP4与OsNiR级联的新的氮同化调控机制。
首先作者在水稻中使用三年NUE相关的表型数据如:植物高度,有效穗数,单株产量进行全基因组关联分析(GWAS),然后结合在氮充足和氮饥饿条件的的转录组数据,从中筛选出了一个潜在可能跟NUE相关的基因OsNLP4。
后续在OsNLP4的突变体osnlp4中发现了分蘖数和株高明显减少的表型,也发现一些与氮吸收跟同化的基因的mRNA水平的下降,而这些基因中OsNiR基因的启动子含有NREmoti,所以推测OsNiR是OsNLP4的靶标基因。后续也通过凝胶阻滞(EMSA)和Chip-qPRR证明了OsNiR的确是OsNLP4的靶标基因。
为了进一步探究OsNLP4的转录激活能力,作者在双荧光素酶系统下(luc),通过OsNLP4和OsNiR启动子中的不同的NREmotif数量进行试验,结果发现OsNLP4可以通过结合OsNiR启动子上的NREmotif来激活OsNiR的转录水平,并发现但含有4xNRE的时候,OsNiR的转录水平被大幅度的提高。
随后发现含有4xNRE的OsNiR基因的转基因材料,其蛋白水平,活力,氮素同化力都得到加强,同时发现转基因材料的分蘖数也提高了,最终发现也能提高水稻的产量。
作者在2019年发现报道了吸收转运分子模块OsNAC42-OsNPF6.1(Nature Communications,2019,10(1):5279),与之前不同是,这次的研究是发现了OsNLP4-OsNiR级联的新的氮同化调控机制,通过对新型OsNLP4-OsNiR级联的基因进行修饰,可提高谷物产量并减少氮的输入。所以这些氮同化基因将来肯定将共同加速未来针对NUE和产量的提高,并促进农业的可持续性发展。
原文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13450
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