中国科学家放大招！水稻一箭双雕抗寒又省肥，粮安难题被拿捏

位于北京的中新网于6月17日报道, 记者是孙自法, 存在这样一个情况, 怎样在同一时间做到提升水稻这类作物的耐寒抗逆能力以及氮肥利用效率呢, 这属于关乎粮食安全的、世界农业所面临的重大挑战范畴, 并且它还是植物逆境生物学方面尤为重要的科学问题。

来自中国科学院的最新消息表明, 中国科学家借助合作攻关, 近期于这方面收获突破性进展, 他们研制出“一箭双雕”的水稻智能分子模块, 能够为培育耐寒、稳产、氮高效利用的水稻新品种供应量新策略。

关于本项研究, 有着带有智能模块的“分子盾牌”的示意图, 还有具备高效氮利用功能的“耐寒水稻”的示意图。由中国科学院植物研究所提供图片。

这项在水稻育种领域有着重要意义的研究, 是由中国科学院植物研究所的种康院士研究团队联合崖州湾国家实验室的钱前院士等人而共同完成的, 与之相关的成果论文在北京时间6月17日夜间时于国际学术期刊《自然》上上线并发表了。

全球气候变化致使区域性气候异常, 进而导致作物减产甚至绝收, 论文共同通讯作者、中国科学院植物研究所副研究员罗伟介绍了这一情况, 然而农业生产中过量施用氮肥造成的面源污染也在不断加剧。

于其中, 水稻身为典型的喜温农作物, 寒害常常致使作物出现严重减产的情况, 甚至会导致绝收。在农业生产实践当中, 常常会借助增施氮肥的方式来促进寒害之后的分蘖再生, 以此减轻产量方面的损失。然而, 水稻寒害恢复能力是不是拥有独立的遗传调控的机制, 植物又是怎样去协调耐寒性与氮素利用效率的, 这些议题在此之前还缺乏系统的认识。

对水稻, 在生产之中, 一种常见的农艺措施, 其效果图, 由本项研究进行展示, （图片是由AI生成的）。（供图单位是）中国科学院植物研究所。

此项研究里, 研究团队把粳稻品种空育131（KY131）以及籼稻品种浙辐802（ZF802）构建成的重组自交系群体当作材料, 还首次把寒害后分蘖再生率作为评价寒害韧性的关键指标, 进而定位出控制寒害韧性的主效位点, 并且通过图位克隆鉴定出主效基因。

研究团队表明，那个分子模块具备寒害激活的、能实现高效的氮吸收以及分蘖的切换开关的能力, 从种质的遗传底层逻辑方面进行改良, 把耐寒与氮高效在传统情况下无法同时具备的难题给解决了。

这次研究有发现, 粳稻等位基因跟籼稻等位基因的编码区是存在差异的, 这种差异致使两种蛋白针对低温的响应方式以及DNA识别偏好性出现相反效果的差异, 具体表现为, 过表达粳稻等位基因能够显著提升水稻耐寒性以及寒害后分蘖再生能力, 而过表达籼稻等位基因却会产生相反的结果。群体遗传学分析显示, 粳稻等位基因在水稻驯化的过程当中受到了自然选择。

再深入进行的机制研究显示出, 粳稻等位基因可以依照寒害发生以及恢复的进程, 动态地切换调控程序, 在寒害阶段的时候, 激活与耐寒相关的基因表达, 以此提升植株的耐寒能力, 于常温恢复阶段, 直接激活具有氮吸收功能的基因, 并且抑制分蘖负调控基因, 用来增强寒害之后的恢复生长能力, 进而减少对额外氮肥投入的依赖。

该项研究, 示意出调整水稻耐寒能力以及寒害之后分蘖再生育成的分子机理图, 由中国科学院植物研究所供图。

为了将分子模块应用潜力给解决掉, 研究团队构建起了寒害韧性表型体系。田间所做的试验显示出, 在不同的氮肥恢复状况之下, 那些过表达粳稻等位基因的植株, 全都展现出比野生型更高的单株产量以及氮利用效率, 然而主效基因突变体呈现的情况却与之相反, 这表明粳稻等位基因于提升寒害之后的稳产能力以及氮肥利用效率方面, 具备着显著的育种潜力。

种康院士宣称, 这一有关水稻的智能分子模块被发现, 以及新机制被阐释, 不但具备重要的理论意义, 并且潜在的应用前景十分广阔。

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