中國青年報客戶端北京7月22日電（中青報·中青網記者 邱晨輝）我國在作物科學基礎研究領域迎來一項重要發現。中國農業科學院作物科學研究所周文彬研究員領銜，在水稻中研究發現了水稻高產基因OsDREB1C，能夠同時提高光合作用效率和氮素利用效率，可顯著提高作物產量，該因子還可使水稻提前抽穗，縮短生育期。
7月22日，這一研究成果在國際學術期刊《科學》以研究長文的形式在線發表。中國科學院院士、中國農業科學院作物科學研究所所長錢前表示，口糧絕對安全是保障中國糧食安全的關鍵，不斷提高作物單產水平是解決糧食缺口的重要途徑。該研究在作物中發現可協同調控多個重要生物學途徑的單一基因，使作物同時實現高產、早熟以及氮素高效利用，為作物高產和減少氮肥施用、實現“綠色高效”提供了可行的解決方案，對于未來作物新品種和新種質的培育以及大田栽培耕作模式的變革具有重要的理論價值。
OsDREB1C促進水稻高產早熟。中國農業科學院作物科學研究所供圖
20世紀60年代開始的綠色革命，通過作物品種選育以及栽培管理技術的提高，實現了作物產量大幅提升。然而，近年來作物單產增長緩慢，全球約24~39%的玉米、水稻、小麥以及大豆種植區域單產處于停滯不前甚至下降的態勢。此外，施用氮肥是農作物增產的重要措施之一，我國是世界化肥消費第一大國，每年氮肥用量占世界總施用量的35%以上。近年來，大量氮肥的過量施用不僅沒有帶來作物產量的持續提高，反而導致了嚴重的環境污染問題。因此，進一步提高作物單產和氮肥利用效率需要新的途徑和策略。
據周文彬介紹，在這項研究中，研究人員從光合碳同化和氮素吸收利用協同調控出發，以先前報道的潛在參與調控玉米光合作用的118個轉錄因子為切入點，通過分析它們在水稻中的同源基因在光下和低氮條件下的誘導表達情況，在水稻中鑒定到一個同時受光和低氮誘導表達的轉錄因子OsDREB1C。
研究發現，OsDREB1C基因能提高水稻光合作用效率和氮素利用效率。研究人員通過現代基因工程技術使OsDREB1C在水稻植株中提高該基因產物的表達量，發現增強該基因表達后的植株，較野生型光合碳同化速率顯著提高，在光下生長速度更快，并且葉片中積累更多光合同化產物。同時，過表達植株對氮素的吸收轉運能力增強，并能將更多的氮素分配到籽粒中，氮素利用效率顯著提高。大田氮肥試驗表明，在不施用氮肥條件下，OsDREB1C過表達植株產量已達到甚至高于野生型施用氮肥條件下的產量水平。
周文彬說，OsDREB1C基因可顯著提高水稻產量。研究團隊通過2018年至2022年間在北京、三亞、杭州的多年多點田間試驗發現，在水稻品種“日本晴”中過表達OsDREB1C基因，較野生型可實現水稻顯著增產，產量提高41.3~68.3%，收獲指數提高40.3~55.7%；在栽培稻品種“秀水134”中過量表達該基因，較野生型產量提高30.1—41.6%，同時收獲指數提高14.8—15.7%。
中國農業科學院作物科學研究所博士研究生魏少博和博士李霞為該論文的共同第一作者，周文彬為通訊作者。周文彬表示，未來，研究團隊將繼續強化基礎研究，同時深入開展該基因產業化應用研究，與國內相關研究團隊一起協同攻關，爭取該基因早日應用，培育高產新品種，為國家糧食安全貢獻力量。
責任編輯：梁國勝
