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7月22日，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表研究論文，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)家在水稻中研究發(fā)現(xiàn)了水稻高產(chǎn)基因（OsDREB1C），該基因可使農(nóng)作物提高光合作用效率和氮素利用效率，同時(shí)使水稻提前抽穗，縮短生育期。研究由中國(guó)農(nóng)科院作科所周文彬團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜，與國(guó)內(nèi)外相關(guān)團(tuán)隊(duì)合作，歷時(shí)7年完成，為培育更加高產(chǎn)、氮肥高效以及早熟的作物品種提供了重要基因資源，為實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)和資源高效利用提供了潛在的解決方案，對(duì)未來(lái)作物生產(chǎn)方式變革具有重要的理論價(jià)值和指導(dǎo)作用。

OsDREB1C基因能提高水稻光合作用效率和氮素利用效率。研究發(fā)現(xiàn)，OsDREB1C基因過(guò)表達(dá)植株較野生型光合碳同化速率顯著提高，在光下生長(zhǎng)速度更快，并且葉片中積累更多光合同化產(chǎn)物。同時(shí)，過(guò)表達(dá)植株對(duì)氮素的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)能力增強(qiáng)，并能將更多的氮素分配到籽粒中，氮素利用效率顯著提高。大田氮肥試驗(yàn)表明，在不施用氮肥條件下，OsDREB1C過(guò)表達(dá)植株產(chǎn)量已達(dá)到甚至高于野生型施用氮肥條件下的產(chǎn)量水平。

過(guò)表達(dá)OsDREB1C可使水稻抽穗期提前，并縮短整個(gè)生育周期。試驗(yàn)表明，在北京種植條件下，過(guò)表達(dá)OsDREB1C 水稻（日本晴）可較野生型提前抽穗 13~19 天；在栽培水稻品種“秀水 134”中過(guò)表達(dá)該基因，抽穗期可至少提前2天。

水稻產(chǎn)量理論上可提高30%以上。團(tuán)隊(duì)通過(guò) 2018 年至2022 年間在北京、三亞、杭州的多年多點(diǎn)田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在水稻品種“日本晴”中過(guò)表達(dá) OsDREB1C 基因，較試驗(yàn)對(duì)照可實(shí)現(xiàn)水稻顯著增產(chǎn)，產(chǎn)量提高41.3~68.3% ，收獲指數(shù)提高40.3~55.7%；在栽培稻品種“秀水134”中過(guò)量表達(dá)該基因，較試驗(yàn)對(duì)照產(chǎn)量提高 30.1~41.6%，同時(shí)收獲指數(shù)提高 14.8~15.7%。

OsDREB1C基因在小麥中同樣具有高產(chǎn)早熟的功能。通過(guò)在普通小麥品種（Fielder）中表達(dá) OsDREB1C基因進(jìn)行功能驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)可使小麥田間增產(chǎn) 17.2~22.6%，早熟 3~6 天，說(shuō)明OsDREB1C基因在不同作物中均具有提高產(chǎn)量、促進(jìn)提前抽穗的保守性功能。

圖 2. 過(guò)表達(dá) OsDREB1C 使小麥增產(chǎn)早熟

進(jìn)一步分子機(jī)理解析表明，OsDREB1C 轉(zhuǎn)錄因子在植物體內(nèi)起到“分子開(kāi)關(guān)”的作用，通過(guò)分別與調(diào)控光合作用、氮素吸收轉(zhuǎn)運(yùn)以及開(kāi)花等途徑的多個(gè)靶基因結(jié)合，激活這些基因的表達(dá)，進(jìn)而協(xié)同調(diào)控水稻的光合效率、氮素利用效率以及抽穗期。

糧食安全是國(guó)之大者，種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”。預(yù)計(jì)到 2030 年，我國(guó)人口將達(dá) 14.5 億，我國(guó)水稻、小麥等主要農(nóng)作物產(chǎn)量須提高20%才能滿足需求，不斷提高作物單產(chǎn)水平是解決糧食缺口的重要途徑。該研究在作物中發(fā)現(xiàn)可協(xié)同調(diào)控多個(gè)重要生物學(xué)途徑的單一基因，使作物同時(shí)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、早熟以及氮素高效利用，為作物高產(chǎn)和減少氮肥施用、實(shí)現(xiàn)“綠色高效”提供了可行的解決方案，對(duì)于未來(lái)作物新品種和新種質(zhì)的培育以及大田栽培耕作模式的變革具有重要的理論價(jià)值。

*中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所博士研究生魏少博和李霞博士為該論文的共同第一作者，周文彬研究員為通訊作者。中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所、中國(guó)水稻研究所、上海師范大學(xué)、深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所、北京大學(xué)、中科院上海植物生理生態(tài)研究所以及德國(guó)馬普分子植物生理研究所等國(guó)內(nèi)外7 家研究機(jī)構(gòu)參與了該項(xiàng)研究。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院“青年英才”計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

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