研究人员发现小麦和大麦中的基因变异可提高氮利用率

氮作为肥料可以提高产量。然而，过多的氮也会产生负面影响，例如地下水污染、化肥生产中的高能耗以及与气候相关的气体的产生。因此，科学正在寻找帮助作物以更少的氮茁壮成长的方法。

波恩大学的研究人员发现了硝酸盐传感器NPF2.12的基因变异，该变异在低土壤氮水平下触发信号级联链。这诱导更强的根系生长，从而提高氮利用率。该研究已发表在《新植物学家》上。

“我们研究了不同氮供应条件下的大量小麦和大麦基因型，并分析了它们的根系结构和植物中的氮积累，”波恩大学作物科学与资源保护研究所(INRES)植物育种小组的主要作者Md. Nurealam Sidiqqui说。研究人员研究了过去半个世纪的植物育种中总共220多种不同的小麦和大麦品种。“选择研究的小麦品种涵盖了过去60年的育种历史，”INRES植物育种的Jens Léon教授博士解释说。

在波恩大学Klein-Altendorf农业研究园区，研究人员在高氮水平的试验地块上研究了这些不同的品种，并在低氮施用的地块上进行了比较。然后，该团队分析了根性状特征以及每个品种的叶子和谷物的氮含量，并进行了全基因组遗传分析，以发现DNA序列与相应性状之间的相关性，Léon教授进一步解释说。

更多的根从土壤中吸收更多的氮

在评估过程中，研究人员遇到了NPF2.12。当土壤氮供应不足时，该基因的某些变体导致植物发育出更大的根系。“很可能该基因，或者更确切地说是它编码的蛋白质，充当了一个传感器，当土壤中的氮水平低时需要关闭，以便间接增加信使一氧化氮作为信号级联的一部分，这反过来诱导根系生长，从而提高氮利用率，”INRES植物育种的Agim Ballvora博士说， 谁是论文的通讯作者。

“在低氮条件下，在NPF2.12基因的某些变体存在的情况下，与高氮可用性相比，可以检测到叶片和谷物中氮含量的增加，”Ballvora说，他还与波恩大学的PhenoRob卓越集群合作。因此，在不利条件下，这些品种比含有替代等位基因的品种产量更高，Siddiqui强调说。

NPF2.12硝酸盐传感器的变体有助于氮气利用率

研究人员可以在实验室和温室中证明NPF2.12确实是这种改进性能的原因。分析了NPF2.12基因缺陷的小麦植株。当氮供应不足时，具有缺陷npf2.12等位基因的相应系表现得像具有有用基因变异的品种。“这些结果表明，NPF2.12是一种负调节因子，其在相应品种中的表达减少导致通过复杂的机制在芽中更多的根系生长和更高的氮含量，”INRES植物营养的PhenoRob卓越集群成员Gabriel Schaaf教授博士解释说。

该研究属于基础研究范围，但也为植物育种开辟了重要的可能性。“提高对氮传感的遗传和分子功能的理解将加速育种，提高氮利用效率，”Ballvora说，展望未来。然而，这需要更好地了解NPF2.12传感器信号级联中的各个步骤，这些步骤导致在缺氮的情况下根系生长更强。