困扰全球科学家的高产半矮化水稻和小麦 “氮肥厌食症”，最近由中国植物学家找到了治愈方法。今天凌晨，国际著名学术刊物《自然》在线发表中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东团队关于植物生长与代谢协同调控分子机制的新发现。

这一发现将有助于科学家深入理解植物氮代谢，为培育出 “少投入、多产出、保护环境”的绿色高产高效农作物新品种奠定理论基础，并提供有重要利用价值的新基因资源。

全球高产的半矮化水稻和小麦品种，因为几十年前的育种缺陷而患上了 “氮肥厌食症”——对植物必需的氮肥吸收不力。这一问题源自上世纪60年代，为缓解世界粮食短缺问题，科学家在全球选育推广半矮秆水稻和小麦新品种，这些农作物因风雨倒伏的风险较小，因此粮食产量得以大幅提高。当时，这一行动被称为 “绿色革命”。但这类半矮秆作物对氮肥的利用率很低，农民不得不增加氮肥的施用量，可是这些氮肥大部分被排放到大气或流失到水体中。这不仅增加了农民的经济负担，而且对环境的影响越来越严重。

如何培育具有较高氮肥利用率的新 “绿色革命”品种，成为实现农业可持续发展的当务之急。科学家发现，“厌食症”的始作俑者是 “矮个子”农作物自身携带的抑制植物生长的DELLA蛋白。

此次傅向东团队在携带 “绿色革命”基因的水稻资源材料中，筛选出一个氮素吸收速率显著增加的新品系，并成功分离克隆到其中的关键基因GRF4。进一步研究证实，GRF4基因可直接参与促进氮素吸收、同化和转运途径，以及光合作用、糖类物质代谢和转运等，进而促进植物生长发育。

“GRF4与 DELLA蛋白相互作用，实现植物叶片光合碳固定和根系氮吸收的协同调控，从而维持植物生长与碳—氮代谢平衡。”傅向东说，“这一新发现揭示了植物生长和代谢的耦合的分子机制。进一步研究证实，可以利用优异等位基因GRF4培育水稻和小麦新品种，使其不仅能高效利用氮肥，还可保持优良的半矮化和高产特性。”

据悉，该项成果是中国科学院“分子模块设计育种创新体系”战略性先导科技专项的又一重要突破。

作者：金婉霞 许琦敏

编辑：郝梦夷