中國(guó)日?qǐng)?bào)北京8月16日電（記者 張之豪）8月16日，國(guó)際著名學(xué)術(shù)刊物《自然》在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所傅向東研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于植物生長(zhǎng)與代謝協(xié)同調(diào)控分子機(jī)制的新發(fā)現(xiàn)。該項(xiàng)成果是中國(guó)科學(xué)院“分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的又一重要突破，有助于我們進(jìn)一步深入理解植物氮代謝，從而培育“少投入、多產(chǎn)出”高產(chǎn)作物新品種，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的糧食安全。
上世紀(jì)60年代，以半矮稈新品種培育為標(biāo)志的“綠色革命”帶來(lái)了全球谷物產(chǎn)量的大幅增長(zhǎng)，目前這些半矮化、耐高肥、抗倒伏的品種類型在當(dāng)代小麥和水稻作物育種中仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，攜帶“綠色革命”基因的農(nóng)作物中抑制植物生長(zhǎng)的DELLA蛋白高水平積累，導(dǎo)致其對(duì)氮肥的響應(yīng)較弱、氮肥利用效率下降，使得氮肥施用量逐年增加，環(huán)境破壞日益嚴(yán)重。
傅向東研究團(tuán)隊(duì)在攜帶“綠色革命”基因的水稻資源材料中篩選到一個(gè)氮素吸收速率顯著增加的新品系，通過(guò)QTL定位和圖位克隆技術(shù)獲得了控制水稻氮素吸收的關(guān)鍵基因GRF4。GRF4之前就被證實(shí)是可能參與了赤霉素信號(hào)傳遞途徑，對(duì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育起到重要作用，只是具體分子調(diào)控機(jī)制不是很清楚。該團(tuán)隊(duì)的研究證實(shí)，GRF4基因編碼一個(gè)植物碳-氮代謝的正調(diào)控因子，可以促進(jìn)氮素吸收、同化和轉(zhuǎn)運(yùn)途徑，以及光合作用、糖類物質(zhì)代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)等，進(jìn)而促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。
“GRF4能與DELLA蛋白相互作用，實(shí)現(xiàn)植物葉片光合碳固定和根系氮吸收的協(xié)同調(diào)控，從而維持植物生長(zhǎng)與碳-氮代謝平衡。”傅向東說(shuō)，“這一新發(fā)現(xiàn)揭示了植物生長(zhǎng)和代謝的耦合的分子機(jī)制。進(jìn)一步的研究證實(shí)了可以利用優(yōu)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(shí)還可保持其優(yōu)良的半矮化和高產(chǎn)特性。”
GRF4新功能的發(fā)現(xiàn)不僅豐富了我們對(duì)于赤霉素信號(hào)傳遞通路的認(rèn)識(shí)，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(xué)松岡信教授評(píng)論認(rèn)為，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為“少投入、多產(chǎn)出、保護(hù)環(huán)境”的綠色高產(chǎn)高效農(nóng)作物分子設(shè)計(jì)育種奠定了理論基礎(chǔ)，并提供具有重要育種利用價(jià)值的新基因資源。
（編輯：齊磊 黃碩）
