想同時(shí)提升小麥抗旱、吸肥能力？一個(gè)基因就搞定

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所小麥抗逆分子育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，GmTDN1基因可協(xié)同提高小麥的抗旱性和氮肥利用效率，為同時(shí)提高小麥抗旱節(jié)水和氮肥利用效率開辟了新途徑。相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物生物技術(shù)雜志（Plant Biotechnology Journal）》上。

據(jù)馬有志研究員介紹，小麥主要種植在干旱或半干旱地區(qū)。干旱和缺氮是影響全球小麥產(chǎn)量的主要限制因素，協(xié)同改良小麥的抗旱節(jié)水和耐低氮能力具有重要意義。植物水分和養(yǎng)分代謝是相關(guān)的生理過程。以往的研究表明，干旱脅迫強(qiáng)烈影響氮代謝，相反，施氮也可以提高作物的耐旱性。因此，了解干旱脅迫響應(yīng)和氮素吸收利用的相互關(guān)系對于協(xié)同調(diào)控植物抗旱性及氮利用效率具有重要的意義。

經(jīng)過干旱處理（上圖）和低氮處理（下圖）的小麥生長情況

研究人員從抗逆性強(qiáng)的大豆品種“鐵豐8號”中克隆了轉(zhuǎn)錄因子基因GmTDN1，基因表達(dá)譜分析表明GmTDN1可以響應(yīng)干旱、低氮等各種非生物脅迫，將GmTDN1導(dǎo)入“石4185”和“濟(jì)麥22”二個(gè)主栽小麥品種，顯著提高了小麥的節(jié)水抗旱性和氮肥利用效率。連續(xù)3年在3個(gè)不同地點(diǎn)進(jìn)行的田間試驗(yàn)表明，導(dǎo)入GmTDN1基因的“石4185”和“濟(jì)麥22”小麥在節(jié)水條件下和缺氮條件下產(chǎn)量分別提高13.0 %和24.5%。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在小麥中過量表達(dá)GmTDN1基因可以上調(diào)LEA、EREBP1、WRKY46等干旱脅迫應(yīng)答基因以及硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體基因NRT2.5的表達(dá)，增強(qiáng)了小麥的光合和滲透調(diào)節(jié)、抗氧化，以及根系氮素吸收能力，最終協(xié)同提高小麥的抗旱性和氮肥利用效率。

據(jù)了解，該研究得到中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目支持。

出品：科普中國

作者：宋雅娟 張蕃

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