中國日報北京8月16日電（記者 張之豪）8月16日，國際著名學術刊物《自然》在線發表了中國科學院遺傳與發育生物學研究所傅向東研究團隊關于植物生長與代謝協同調控分子機制的新發現。該項成果是中國科學院“分子模塊設計育種創新體系”戰略性先導科技專項的又一重要突破，有助于我們進一步深入理解植物氮代謝，從而培育“少投入、多產出”高產作物新品種，實現可持續的糧食安全。
上世紀60年代，以半矮稈新品種培育為標志的“綠色革命”帶來了全球谷物產量的大幅增長，目前這些半矮化、耐高肥、抗倒伏的品種類型在當代小麥和水稻作物育種中仍然占據主導地位。但是，攜帶“綠色革命”基因的農作物中抑制植物生長的DELLA蛋白高水平積累，導致其對氮肥的響應較弱、氮肥利用效率下降，使得氮肥施用量逐年增加，環境破壞日益嚴重。
傅向東研究團隊在攜帶“綠色革命”基因的水稻資源材料中篩選到一個氮素吸收速率顯著增加的新品系，通過QTL定位和圖位克隆技術獲得了控制水稻氮素吸收的關鍵基因GRF4。GRF4之前就被證實是可能參與了赤霉素信號傳遞途徑，對促進植物生長發育起到重要作用，只是具體分子調控機制不是很清楚。該團隊的研究證實，GRF4基因編碼一個植物碳-氮代謝的正調控因子，可以促進氮素吸收、同化和轉運途徑，以及光合作用、糖類物質代謝和轉運等，進而促進植物生長發育。
“GRF4能與DELLA蛋白相互作用，實現植物葉片光合碳固定和根系氮吸收的協同調控，從而維持植物生長與碳-氮代謝平衡。”傅向東說，“這一新發現揭示了植物生長和代謝的耦合的分子機制。進一步的研究證實了可以利用優異等位基因GRF4培育水稻和小麥新品種，不僅提高其氮肥利用效率，同時還可保持其優良的半矮化和高產特性。”
GRF4新功能的發現不僅豐富了我們對于赤霉素信號傳遞通路的認識，而且從分子水平闡明了“綠色革命”矮桿育種伴隨氮肥利用效率低下的原因，并提出了明確的解決方案。名古屋大學松岡信教授評論認為，這項發現為“少投入、多產出、保護環境”的綠色高產高效農作物分子設計育種奠定了理論基礎，并提供具有重要育種利用價值的新基因資源。
（編輯：齊磊 黃碩）
