5月19日，華中農業大學植物營養生物學團隊在期刊Plant Physiology上發表了題為“Transcription factor OsSNAC1 positively regulates nitrate transporter gene expression in rice”的研究論文，揭示了轉錄因子OsSNAC1正向調控硝酸根轉運基因OsNRTs的表達提高水稻氮吸收的分子機制。
氮是植物生長發育所必需的大量營養元素，更是作物產量和品質的限制因子。過去幾十年，農業生產上大量施用氮肥有力地促進了我國農業的發展和糧食產量的提高，但是過量施用氮肥使農作物氮利用效率普遍降低。氮肥利用效率偏低、過剩氮肥殘留在農田易造成地下水、湖泊、河流和淺水海域生態系統富營養化，以及溫室氣體排放、酸雨形成、飲用水硝態氮含量超標等問題，對我國生態環境、糧食安全和人體健康造成了潛在的威脅。因此，研究作物氮素吸收的分子調控機制，探索提高作物氮吸收利用效率的新途徑，為培育氮高效作物品種提供理論基礎和遺傳資源，對我國農業持續穩定、綠色發展具有重要意義。
雖然普遍認為水稻是喜銨（NH4+）作物，但是過量的NH4+容易對植物產生毒害作用。在水稻生長過程中根系會出現泌氧現象，根際好氧微生物會將NH4+氧化為硝酸根（NO3-），因此，在農田生態系統中NO3-同樣是水稻根系吸收的重要氮源。在水稻根際NO3-的濃度往往較低，通常在1-10 μM范圍之內，因此，高親和NO3-轉運子在NO3-吸收過程中行使的功能不容忽視。OsNRT2.1是一個水稻根特異表達的高親和NO3-轉運基因，受缺氮誘導高氮抑制，在低氮條件下對NO3-吸收行使主要功能。低NO3-條件下，OsNRT2.1的表達量直接影響水稻根系對NO3-的吸收能力，然而水稻OsNRT2.1的上游調控機制尚不清楚。
該研究以水稻OsNRT2.1基因上游啟動子片段為“誘餌”篩選酵母單雜交文庫，獲得一個候選的上游調控因子OsSNAC1。熒光定量PCR和ProOsSNAC1:GUS轉基因植株分析結果顯示，OsSNAC1基因在水稻全生育期各組織部位均有表達，并受缺氮誘導表達。在NO3--N供應下，OsSNAC1與硝酸根轉運基因OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B的表達模式高度相似；但在NH4+-N供應下，與銨離子轉運基因OsAMTs的表達模式并不相同。酵母單雜交、煙草瞬時表達和ChIP-qPCR試驗證明，OsSNAC1可與OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B基因的上游啟動子發生相互作用。超量表達OsSNAC1顯著提高了OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B的表達量，促進植株對NO3-的吸收，增加氮累積量，提高地上部氮利用效率，從而促進植株生長和產量形成。敲除OsSNAC1下調OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B的表達量，降低植株對NO3-的吸收，降低氮累積量及氮利用效率，從而抑制植株的生長和產量形成?？偠灾?，該研究表明轉錄因子OsSNAC1可通過正向調控OsNRTs基因的表達來促進水稻植株對NO3-的吸收，提高氮利用效率，促進植株生長和產量形成。
華中農業大學資源與環境學院畢業碩士研究生杞金芳和在讀碩士研究生郁露為共同第一作者，蔡紅梅副教授為通訊作者，博士研究生丁靜麗和姬晨晨參與了該研究，徐芳森教授、石磊教授、王創教授、丁廣大教授和汪社亮副教授對該研究的試驗設計和數據分析提供了寶貴的建議。本研究得到了國家重點研發計劃項目的資助。
日期：2023-06-13
氮是植物生長發育所必需的大量營養元素，更是作物產量和品質的限制因子。過去幾十年，農業生產上大量施用氮肥有力地促進了我國農業的發展和糧食產量的提高，但是過量施用氮肥使農作物氮利用效率普遍降低。氮肥利用效率偏低、過剩氮肥殘留在農田易造成地下水、湖泊、河流和淺水海域生態系統富營養化，以及溫室氣體排放、酸雨形成、飲用水硝態氮含量超標等問題，對我國生態環境、糧食安全和人體健康造成了潛在的威脅。因此，研究作物氮素吸收的分子調控機制，探索提高作物氮吸收利用效率的新途徑，為培育氮高效作物品種提供理論基礎和遺傳資源，對我國農業持續穩定、綠色發展具有重要意義。
雖然普遍認為水稻是喜銨（NH4+）作物，但是過量的NH4+容易對植物產生毒害作用。在水稻生長過程中根系會出現泌氧現象，根際好氧微生物會將NH4+氧化為硝酸根（NO3-），因此，在農田生態系統中NO3-同樣是水稻根系吸收的重要氮源。在水稻根際NO3-的濃度往往較低，通常在1-10 μM范圍之內，因此，高親和NO3-轉運子在NO3-吸收過程中行使的功能不容忽視。OsNRT2.1是一個水稻根特異表達的高親和NO3-轉運基因，受缺氮誘導高氮抑制，在低氮條件下對NO3-吸收行使主要功能。低NO3-條件下，OsNRT2.1的表達量直接影響水稻根系對NO3-的吸收能力，然而水稻OsNRT2.1的上游調控機制尚不清楚。
該研究以水稻OsNRT2.1基因上游啟動子片段為“誘餌”篩選酵母單雜交文庫，獲得一個候選的上游調控因子OsSNAC1。熒光定量PCR和ProOsSNAC1:GUS轉基因植株分析結果顯示，OsSNAC1基因在水稻全生育期各組織部位均有表達，并受缺氮誘導表達。在NO3--N供應下，OsSNAC1與硝酸根轉運基因OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B的表達模式高度相似；但在NH4+-N供應下，與銨離子轉運基因OsAMTs的表達模式并不相同。酵母單雜交、煙草瞬時表達和ChIP-qPCR試驗證明，OsSNAC1可與OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B基因的上游啟動子發生相互作用。超量表達OsSNAC1顯著提高了OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B的表達量，促進植株對NO3-的吸收，增加氮累積量，提高地上部氮利用效率，從而促進植株生長和產量形成。敲除OsSNAC1下調OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B的表達量，降低植株對NO3-的吸收，降低氮累積量及氮利用效率，從而抑制植株的生長和產量形成?？偠灾?，該研究表明轉錄因子OsSNAC1可通過正向調控OsNRTs基因的表達來促進水稻植株對NO3-的吸收，提高氮利用效率，促進植株生長和產量形成。
華中農業大學資源與環境學院畢業碩士研究生杞金芳和在讀碩士研究生郁露為共同第一作者，蔡紅梅副教授為通訊作者，博士研究生丁靜麗和姬晨晨參與了該研究，徐芳森教授、石磊教授、王創教授、丁廣大教授和汪社亮副教授對該研究的試驗設計和數據分析提供了寶貴的建議。本研究得到了國家重點研發計劃項目的資助。
日期：2023-06-13
