氮是影响植物生长发育和农作物产量的一种重要的大量营养元素。在农业生产中，氮肥的过量使用造成大量的氮素流失和严重的环境污染，同时增加了农业生产的成本。提高氮的利用效率(NUE)，培育氮高效利用的农作物是未来农业可持续性的重要目标。近日，我院余林辉教授与中国科学技术大学向成斌教授团队合作，研究发现了一个能够显著提高水稻NUE和产量的氮高效优良候选基因OsNLP3，研究成果以“Rice NIN-LIKE PROTEIN 3 modulates nitrogen use efficiency and grain yield under nitrate-sufficient conditions”为题，发表在Plant, Cell & Environment上。
该研究发现水稻的NIN-like转录因子OSNLP3受到氮饥饿诱导，其蛋白的核质穿梭特异性受到硝酸盐的调控。Osnlp3突变体在高硝态氮条件下的生长速度、产量和NUE显著低于野生型对照，而在低硝态氮和不同浓度的铵态氮条件下，其生长与野生型相差不大。田间实验表明，过表达OsNLP3可以显著的提高水稻在氮营养丰富条件下的产量和NUE。一系列的生理生化分析表明OsNLP3可以直接结合到许多氮吸收和同化基因的启动子区，协调这些基因的表达，从而促进氮的吸收利用。
结合此前对OsNLP1（Alfatih et al., 2020, J Exp Bot. ）和OsNLP4（Wu et al., 2021, Plant Biotechnol J.）研究，该研究认为，OsNLP1、OsNLP3、OsNLP4具有类似的功能，其功能存在一定的冗余，但是也有一定的分化，相互配合以保证水稻在不同氮营养条件下的氮素利用。在低硝态氮条件下，OsNLP3 和OsNLP4 被诱导表达，但是大部分的蛋白都定位于细胞质中，只有少部分定位于细胞核，比较弱的上调一些氮代谢和吸收基因的表达。OsNLP1的表达也受到氮饥饿的诱导，但是其特异性的定位于细胞核，组成型的调控氮的吸收代谢。在高硝态氮条件下，硝酸盐促进OsNLP3 和OsNLP4从细胞质转运到细胞核，强烈的上调氮吸收代谢基因的表达，促进氮的吸收利用。而在以铵态氮作为唯一氮源的情况下，少量的OsNLP4蛋白被相对缓慢的定位到细胞核中，和OsNLP1一起来调控氮素的利用。
中国科学技术大学张自生博士为该论文第一作者，中国科学技术大学向成斌教授、吴杰博士和 未来农业研究院余林辉教授为通讯作者。余林辉教授长期从事植物脂质代谢与非生物胁迫的分子机制等方向的研究，在 Nature Communications、Plant Cell、Molecular Plant 等期刊发表论文多篇。
该工作受到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、本校启动经费的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14294
编辑：杨军
终审：郁飞
