生育期的精準調(diào)控與氮素的高效利用是決定作物產(chǎn)量與資源利用效率的核心。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，充分的氮素供應是作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎，然而氮肥過量不僅增加生產(chǎn)成本與生態(tài)風險，而且會導致“貪青晚熟”，造成作物減產(chǎn)降質(zhì)。水稻抽穗期（決定了生育期）對氮肥的響應呈現(xiàn)U-型模式，即與中等供氮水平相比，過低（缺乏）或過高（過量）氮素均會延遲抽穗，但這一現(xiàn)象背后的分子遺傳機制尚不明確。

近日，南京農(nóng)業(yè)大學徐國華團隊在國際權(quán)威期刊Advanced Science發(fā)表了題為U-Shaped Response of Flowering Time to Low and High Nitrogen via a Transcription Feedback Loop in Rice的研究論文，揭示了一個由氮調(diào)控開花促進因子Nhd1與開花抑制因子Ghd7構(gòu)成的轉(zhuǎn)錄負反饋調(diào)控環(huán)，作為精密的分子開關(guān)適應不同供氮狀況，調(diào)控水稻抽穗期對氮肥響應的U-型模式。

研究表明，在氮素缺乏條件下，被誘導表達的Ghd7通過抑制Nhd1的轉(zhuǎn)錄，從而推遲抽穗；在氮素過量條件下，其同化產(chǎn)物谷氨酰胺誘導Nhd1，反過來激活Ghd7的轉(zhuǎn)錄，同樣導致抽穗延遲。遺傳與分子證據(jù)進一步證實，抽穗因子（Florigen）Hd3a是該調(diào)控模塊下游的主要靶基因（圖1）。

圖1. Nhd1-Ghd7轉(zhuǎn)錄負反饋調(diào)控環(huán)介導水稻抽穗期對氮肥的U-型響應。

此外， Nhd1與Ghd7的拮抗作用在水稻馴化過程中受到了定向選擇，兩者的等位變異組合與土壤氮沉降的地理分布密切相關(guān)。該團隊之前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Nhd1是一個綜合調(diào)控氮素吸收、分配、同化及碳氮平衡的多效基因（Zhang et al., 2021, Current Biology; Li et al., 2022, Plant Physiology; Journal of Experimental Botany; Zhang et al., 2023, Plant Biotechnology Journal）。在本研究中，發(fā)現(xiàn)利用Ghd7與Nhd1等位變異組合與基因編輯技術(shù)，能夠在穩(wěn)定生育期的同時，顯著提高水稻產(chǎn)量及氮素利用效率（圖2）。

圖2. 選擇性聚合Ghd7、Nhd1等位變異具有改良生育期、產(chǎn)量及氮素利用效率的潛力。

綜上，該研究不僅闡明了水稻抽穗期響應氮素U-型模式的調(diào)控機制，為解析水稻生育期與氮素利用的協(xié)同調(diào)控提供了全新視角，而且為培育氮素適應性水稻品種提供了關(guān)鍵基因靶點，助力氮肥精準施用與水稻生育期優(yōu)化育種。

南京農(nóng)業(yè)大學資環(huán)學院副教授張抒南為論文的第一作者和通訊作者，徐國華教授為論文的共同通訊作者。研究得到了“十四五”國家重點研發(fā)計劃專項、國家自然科學基金、江蘇省種業(yè)揭榜掛帥項目的資助。

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https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202508498