2月2日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院朱毅勇教授團(tuán)隊(duì)在水稻細(xì)胞膜質(zhì)子泵研究方面取得新進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，在水稻中過表達(dá)細(xì)胞膜質(zhì)子泵OSA1既可以促進(jìn)根系對氮素等養(yǎng)分的吸收，又可以增大葉片的氣孔開度，從而提升了水稻的氮素利用效率和光合作用速率，顯著提高了水稻的產(chǎn)量。這一研究為農(nóng)作物養(yǎng)分高效利用提供了理論基礎(chǔ)，也為減少因過度施肥造成的環(huán)境污染問題及減緩溫室效應(yīng)提供了新的思路。
細(xì)胞膜質(zhì)子泵又稱為細(xì)胞膜質(zhì)子ATP酶（PM H+-ATPase），是一種細(xì)胞中普遍存在的酶，它利用ATP水解產(chǎn)生的能量將氫離子排出細(xì)胞，為細(xì)胞膜內(nèi)外養(yǎng)分等物質(zhì)的運(yùn)輸提供膜電位和質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力，質(zhì)子泵在植物體中具有強(qiáng)大的生理功能。本研究首先確立了質(zhì)子泵參與水稻對銨態(tài)氮營養(yǎng)的吸收調(diào)節(jié)，明確了過表達(dá)質(zhì)子泵基因OSA1可以促進(jìn)水稻對銨的獲取與同化。同時(shí)，由于質(zhì)子泵還參與了氣孔對光響應(yīng)的信號傳導(dǎo)，因此過表達(dá)質(zhì)子泵基因OSA1也可以增大葉片氣孔開度，增強(qiáng)葉片對二氧化碳的吸收，促進(jìn)光合作用速率。大田實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，OSA1過表達(dá)水稻產(chǎn)量顯著增加，氮素利用率也大幅度提升；而OSA1功能敲除的水稻突變體株系表現(xiàn)出與過表達(dá)水稻相反的表型。轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果表明，過表達(dá)OSA1后顯著提升了植株中與碳氮代謝相關(guān)的重要基因的轉(zhuǎn)錄水平。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)OSA1過表達(dá)水稻可以同時(shí)提高其他養(yǎng)分（例如磷和鉀）的吸收，為進(jìn)一步探究水稻養(yǎng)分吸收的機(jī)理提供了理論基礎(chǔ)。
該研究成果在線發(fā)表于Nature Communications。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院張茂星博士（名古屋大學(xué)博士后）、北京大學(xué)王愔研究員、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳熙副教授、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)許飛云博士（現(xiàn)為福建農(nóng)林大學(xué)博士后）為本論文共同第一作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)朱毅勇教授和日本名古屋大學(xué)木下俊則（Toshinori Kinoshita）教授為論文共同通訊作者。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、杭州師范大學(xué)、安徽科技學(xué)院、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、日本名古屋大學(xué)和中部大學(xué)、德國李比希大學(xué)等相關(guān)合作單位的課題組師生參與了論文的部分工作。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2017YFD0200200/0200206）、國家自然科學(xué)基金（NSFC31471937）、日本科技部低碳技術(shù)研究與發(fā)展項(xiàng)目（JPMJAL1011）、日本先進(jìn)科學(xué)領(lǐng)域研究項(xiàng)目（15H05956、20H05687）和安徽省自然科學(xué)基金（1608085MC59）的資助。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-20964-4
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