水稻NPF家族基因OsNPF3.1提高氮肥利用效率和生物产量

【作者】 杨行海； 农保选； 张宗琼； 夏秀忠； 廖祖宇； 邓国富； 李丹婷；

【机构】 广西壮族自治区农业科学院水稻研究所；

【摘要】 【研究背景】水稻是重要的粮食作物,全世界一半以上的人口以水稻为主食。氮是植物需求量最大的矿质元素,也是植物生长发育的关键限制因子。在水稻生产实践中,大量施用氮肥一直是实现其高产的重要措施之一。然而,过量施氮不仅增加了生产成本,而且造成农业生态环境严重破坏,提高水稻氮肥利用效率成为当前亟需解决的科学问题。【材料与方法】本研究利用广恢998与广西普通野生稻Y11构建了近等基因系,图位克隆了氮肥利用效率基因OsNPF3.1,利用基因编辑和RNA干扰技术验证了该基因的生物学功能,通过3K数据的SNP变异开发了功能分子标记。【结果与分析】将OsNPF3.1精细定位在水稻第6染色体48.02-kb区间,包含有8个候选基因。随后,利用一代测序、RNA-seq和同源基因共线性分析,确定LOC_Os06g15370为理想的候选基因,该基因在编码区存在一个氨基酸突变造成了野生稻与栽培稻的氮素利用效率差异。利用CRISPR/Cas9和RNAi技术发现,OsNPF3.1可以影响水稻的氮肥利用效率、株高、生育期和千粒重。RT-qPCR和GUS染色表明OsNPF3.1主要水稻的地上部位表达。OsNPF3.1蛋白定位在细胞膜上。OsNPF3.1经历过驯化选择,有两个自然变异位点与氮肥利用效率相关,其中OsNPF3.1^{Chr6₈741040}在籼稻和粳稻之间存在差异。【结论】OsNPF3.1为培育高氮肥利用效率水稻品种提供新的基因资源。更多还原