中國日報北京8月16日電（記者 張之豪）8月16日，國際著名學術刊物《自然》在線發(fā)表了中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所傅向東研究團隊關于植物生長與代謝協(xié)同調控分子機制的新發(fā)現(xiàn)。該項成果是中國科學院“分子模塊設計育種創(chuàng)新體系”戰(zhàn)略性先導科技專項的又一重要突破，有助于我們進一步深入理解植物氮代謝，從而培育“少投入、多產出”高產作物新品種，實現(xiàn)可持續(xù)的糧食安全。
上世紀60年代，以半矮稈新品種培育為標志的“綠色革命”帶來了全球谷物產量的大幅增長，目前這些半矮化、耐高肥、抗倒伏的品種類型在當代小麥和水稻作物育種中仍然占據主導地位。但是，攜帶“綠色革命”基因的農作物中抑制植物生長的DELLA蛋白高水平積累，導致其對氮肥的響應較弱、氮肥利用效率下降，使得氮肥施用量逐年增加，環(huán)境破壞日益嚴重。
傅向東研究團隊在攜帶“綠色革命”基因的水稻資源材料中篩選到一個氮素吸收速率顯著增加的新品系，通過QTL定位和圖位克隆技術獲得了控制水稻氮素吸收的關鍵基因GRF4。GRF4之前就被證實是可能參與了赤霉素信號傳遞途徑，對促進植物生長發(fā)育起到重要作用，只是具體分子調控機制不是很清楚。該團隊的研究證實，GRF4基因編碼一個植物碳-氮代謝的正調控因子，可以促進氮素吸收、同化和轉運途徑，以及光合作用、糖類物質代謝和轉運等，進而促進植物生長發(fā)育。
“GRF4能與DELLA蛋白相互作用，實現(xiàn)植物葉片光合碳固定和根系氮吸收的協(xié)同調控，從而維持植物生長與碳-氮代謝平衡。”傅向東說，“這一新發(fā)現(xiàn)揭示了植物生長和代謝的耦合的分子機制。進一步的研究證實了可以利用優(yōu)異等位基因GRF4培育水稻和小麥新品種，不僅提高其氮肥利用效率，同時還可保持其優(yōu)良的半矮化和高產特性。”
GRF4新功能的發(fā)現(xiàn)不僅豐富了我們對于赤霉素信號傳遞通路的認識，而且從分子水平闡明了“綠色革命”矮桿育種伴隨氮肥利用效率低下的原因，并提出了明確的解決方案。名古屋大學松岡信教授評論認為，這項發(fā)現(xiàn)為“少投入、多產出、保護環(huán)境”的綠色高產高效農作物分子設計育種奠定了理論基礎，并提供具有重要育種利用價值的新基因資源。
（編輯：齊磊 黃碩）
