科技创新进展：发现调控水稻氮素利用率、产量和稻米品质的关键因子
近日，我所胡培松院士研究团队在Journal of Genetics and Genomics在线发表了题为“Alanine aminotransferase (OsAlaAT1) modulates nitrogen utilization, grain yield and quality in rice”的研究论文。该研究发现编码水稻丙氨酸转氨酶(OsAlaAT1)的基因LNUE1在调控水稻氮素利用率(NUE)、产量和稻米品质中起着关键的作用，为水稻产量与品质遗传改良提供了新的理论基础与基因资源。
氮是影响水稻生长发育最重要的大量元素之一，其广泛利用显著地提高了水稻产量，但过度的氮肥施用不仅导致农业成本上升和稻米品质降低，还造成水体富营养化、土壤酸化等环境问题。因此提高水稻氮肥利用率，在少施氮肥的情况下提高水稻产量与品质，对现代水稻品种选育及生产尤为重要。
LNUE1调控水稻氮素利用率影响产量和稻米品质
A和B：突变体lnue1产量性状下降，胚乳垩白；C：lnue1产量对氮素施加不敏感；D和E：lnue1茎秆中氮素积累，氮肥利用率低；F：过表达LNUE1增加产量；G-I：lnue1中丙氨酸转氨酶活性降低，丙酮酸含量增加，丙酮酸磷酸双激酶基因OsPPDKB表达下调
研究人员筛选到了一个低氮素利用率的水稻突变体lnue1，在大田间里种植时，lnue1的株高降低，分蘖数、穗粒数减少，胚乳呈现严重垩白，粒重、单株产量显著降低。相较与野生型，lnue1的氮肥利用率（NUE）显著降低，而茎秆等组织中氮含量增加。图位克隆发现LNUE1编码丙氨酸转氨酶（OsAlaAT1）。进一步研究发现，突变中lnue1中丙氨酸转氨酶活性极显著下降，氮吸收相关基因上调，而氮的长距离运输相关基因下调表达，这可能导致了突变体从土壤中吸收的氮素无法运输至种子而大量积累在茎秆中。突变体幼苗和发育胚乳中积累大量的丙酮酸，丙酮酸向淀粉转化的相关基因表达下调，导致其胚乳淀粉合成不足出现严重垩白。此外，在野生型和lnue1背景下过表达LNUE1均能够提高氮素利用率与单株产量。本研究证明LNUE1(OsAlaAT1)是调节水稻氮素利用率影响产量和稻米品质的关键因子，对提高水稻的氮肥利用率以及实现产量和品质协同改良具有重要意义。
该研究得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和浙江省高层次人才项目等的资助。我所已毕业硕士生方亮兵和硕士生马刘洋为文章的共同第一作者，胡培松院士和魏祥进研究员为共同通讯作者。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jgg.2022.02.028