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作物增产30%以上!Science:中国科学家发现“明星基
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摘要：为验证OsDREB1C基因在不同作物中可能产生的“影响力”，该团队进一步在普通小麦品种“Fielder”以及模式植物拟南芥中，构建了过表达OsDREB1C基因的材料，并对其进行多物种功能验证。
为验证OsDREB1C基因在不同作物中可能产生的“影响力”，该团队进一步在普通小麦品种“Fielder”以及模式植物拟南芥中，构建了过表达OsDREB1C基因的材料，并对其进行多物种功能验证。
不过，周文彬强调，从实验室到农田，还有很多工作要做。下一步，该团队将深入开展该基因在主要粮食作物(包括玉米、大豆)中的功能和作用机制研究，并评估其抗逆性及田间产量性状，探索高产早熟新品种大田生产模式，加快突破制约作物单产水平快速提升的瓶颈。
中国农业科学院作物科学研究所(以下简称作科所)研究员周文彬团队在水稻中发现高产基因(OsDREB1C)能同时提高光合作用效率和氮素利用效率，可提高作物产量30%以上。7月22日，相关成果在线发表于《科学》。
中国科学院院士杨维才认为，这个基因的发现无疑具有重要的科学价值和应用前景，其应用将实现对水稻和其他作物的改良，并为保障国家粮食安全、生态安全作出更大贡献。
118个候选因子:站在前人的肩膀上
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为了验证这个基因的功能，此后，该团队进行了不同作物、不同地点的多年田间试验。
碳和氮是植物生长发育必需的营养元素，也是细胞的主要构成成分。
“‘吃'得更多，‘喝'得更多，‘消化'很好，应该是导致高产的原因。”周文彬说，团队进一步研究探明了OsDREB1C基因的调控机制--它在植物体内起到“分子开关”的作用，分别与作用于光合作用的碳同化基因、氮素吸收转运基因以及开花途径基因等多个下游靶基因直接结合并激活转录，提高相关基因的表达水平，进而协同调控水稻的光合效率、氮素利用效率及抽穗期等三个生理过程，实现高产早熟、绿色高效。
“该基因的增产幅度特别大，这是很少见的。”美国国家科学院院士朱健康希望，未来能把这个基因应用在生产上，让育种家和农民都能用到它，真正在田里看到这么高产的水稻或者其他作物。
一方面，植物通过地上部叶片进行光合作用，将大气中的二氧化碳同化为有机物，完成碳的固定，是作物生物量和产量形成的基础;另一方面，植物通过地下部根吸收氮素，是作物产量形成的关键限制因子。
“多面手”明星基因
中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士评论指出，该研究是作物高产早熟育种研究领域的一项重大突破，未来有望应用于水稻、小麦等口粮作物以及蔬菜等园艺作物。此外，该基因的早熟、高产特性可为下季作物空出茬口，对解决作物复种系统下整地时间短、茬口偏紧等生产问题，也具有非常重要的应用价值。
2014年，发表在《自然-生物技术》的研究鉴定到了118个玉米和水稻共有的与光合作用过程密切相关的转录因子。“我们站在前人的肩膀上，以这118个转录因子为切入点，逐一分析它们在水稻中光照条件和低氮条件下的诱导表达情况，鉴定到一个同时受光和低氮调控的转录因子OsDREB1C。”周文彬说。
结果显示，在水稻品种“日本晴”中过表达OsDREB1C基因，比对照组产量提高41.3%~68.3%;在南方栽培稻品种“秀水134”中过表达该基因，较对照组产量提高30.1%~41.6%。
论文共同第一作者、作科所李霞博士告诉《中国科学报》，他们在不同的作物中对转录因子OsDREB1C进行了增强基因表达的操作，并观察它们的田间表现。
“在不施用氮肥条件下，OsDREB1C基因过表达植株的产量已达到甚至高于对照组在施用氮肥条件下的产量水平，实现了‘减氮高产'。”李霞说。
“在有限耕地面积的情况下，提高作物单产是确保粮食安全的主要途径。”论文通讯作者周文彬告诉《中国科学报》。
《科学》同期发表的英国牛津大学植物科学系教授Steven Kelly撰写的评论文章称，这项研究表明，在经历了数千年的驯化育种后，通过挖掘植物基因组中未知的光合作用相关基因来实现作物产量的提升，尚有巨大潜力。该研究证明，通过提高光合作用来增加作物单产是可行的，也是实现世界可持续发展的重要途径之一。
“植物依靠光合作用固定碳素，依靠根吸收氮素，这两个过程紧密相连，对作物产量的形成至关重要。”周文彬说，如何在提高作物光合作用效率的同时，提高氮素利用效率、促进作物碳氮代谢协同，从而实现作物高产高效，是当前农业科学领域重要的科学问题之一。为此，科学家对比研究了产量比水稻、小麦高的玉米等作物。
文章来源：《山西农业科学》 网址: http://www.sxnykx.cn/zonghexinwen/2022/0728/834.html