中新網(wǎng)北京6月17日電 (記者 孫自法)如何同時(shí)提高水稻等作物耐寒抗逆性和氮肥利用效率，是關(guān)系糧食安全的世界農(nóng)業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)，也是植物逆境生物學(xué)的重要科學(xué)問(wèn)題。

　　來(lái)自中國(guó)科學(xué)院的最新消息說(shuō)，中國(guó)科學(xué)家通過(guò)合作攻關(guān)，最近在這方面取得突破性進(jìn)展：他們研發(fā)出“一箭雙雕”的水稻智能分子模塊，可為培育耐寒、穩(wěn)產(chǎn)、氮高效利用的水稻新品種提供新策略。

　　這項(xiàng)水稻育種領(lǐng)域重要研究，由中國(guó)科學(xué)院植物研究所種康院士研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合崖州灣國(guó)家實(shí)驗(yàn)室錢(qián)前院士等共同完成，相關(guān)成果論文北京時(shí)間6月17日夜間在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上線(xiàn)發(fā)表。

　　論文共同通訊作者、中國(guó)科學(xué)院植物研究所副研究員羅偉介紹說(shuō)，全球氣候變化引發(fā)區(qū)域性氣候異常導(dǎo)致作物減產(chǎn)甚至絕收，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過(guò)量施用氮肥造成的面源污染也不斷加劇。

　　其中，水稻作為典型的喜溫作物，寒害常導(dǎo)致作物嚴(yán)重減產(chǎn)甚至絕收。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中常通過(guò)增施氮肥促進(jìn)寒害后分蘗再生，以減輕產(chǎn)量損失。不過(guò)，水稻寒害恢復(fù)能力是否具有獨(dú)立的遺傳調(diào)控機(jī)制、植物如何協(xié)調(diào)耐寒性與氮素利用效率，這些議題此前尚缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。

　　在本項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)以粳稻品種空育131(KY131)和秈稻品種浙輻802(ZF802)構(gòu)建的重組自交系群體為材料，將寒害后分蘗再生率創(chuàng)新性地作為評(píng)價(jià)寒害韌性的關(guān)鍵指標(biāo)，定位到控制寒害韌性的主效位點(diǎn)，并通過(guò)圖位克隆鑒定出主效基因。

　　研究團(tuán)隊(duì)指出，該分子模塊具有寒害激活高效氮吸收與分蘗的切換開(kāi)關(guān)能力，從種質(zhì)的遺傳底層邏輯改良上，解決了耐寒與氮高效傳統(tǒng)上不可兼得的難題。

　　這次研究發(fā)現(xiàn)，粳稻等位基因與秈稻等位基因的編碼區(qū)存在差異，這導(dǎo)致兩種蛋白對(duì)于低溫的響應(yīng)方式和DNA識(shí)別偏好性相反效果的差異：過(guò)表達(dá)粳稻等位基因能夠顯著提高水稻耐寒性和寒害后分蘗再生能力，而過(guò)表達(dá)秈稻等位基因則產(chǎn)生相反效果。群體遺傳學(xué)分析表明，粳稻等位基因在水稻馴化過(guò)程中受到自然選擇。

　　進(jìn)一步的機(jī)制研究表明，粳稻等位基因能夠根據(jù)寒害發(fā)生與恢復(fù)過(guò)程動(dòng)態(tài)切換調(diào)控程序：在寒害階段激活耐寒相關(guān)基因表達(dá)，提高植株耐寒能力；在常溫恢復(fù)階段，直接激活氮吸收基因和抑制分蘗負(fù)調(diào)控基因，增強(qiáng)寒害后的恢復(fù)生長(zhǎng)能力，減少對(duì)額外氮肥投入的依賴(lài)。

　　為解決分子模塊應(yīng)用潛力，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了寒害韌性表型體系。田間試驗(yàn)表明，在不同氮肥恢復(fù)條件下，過(guò)表達(dá)粳稻等位基因的植株均表現(xiàn)出高于野生型的單株產(chǎn)量和氮利用效率，而主效基因突變體則表現(xiàn)相反，說(shuō)明粳稻等位基因在提高寒害后穩(wěn)產(chǎn)能力和氮肥利用效率方面具有顯著育種潛力。

　　種康院士表示，這一水稻智能分子模塊的發(fā)現(xiàn)與新機(jī)制的闡釋?zhuān)粌H具有重要的理論意義，而且潛在的應(yīng)用前景廣闊。(完)