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[科技日报] 研究发现可协同改良小麦抗旱节水和氮肥利用效率新基因

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  近日,中国农业科学院作物科学研究所小麦抗逆分子育种创新团队研究发现,GmTDN1基因可协同提高小麦的抗旱性和氮肥利用效率,为同时提高小麦抗旱节水和氮肥利用效率开辟了新途径。相关研究成果发表在《植物生物技术杂志》(Plant Biotechnology Journal)上。

  据中国农业科学院作物科学研究所研究员马有志介绍,小麦主要种植在干旱或半干旱地区。干旱和缺氮是影响全球小麦产量的主要限制因素,协同改良小麦的抗旱节水和耐低氮能力具有重要意义。植物水分和养分代谢是相关的生理过程。以往的研究表明,干旱胁迫强烈影响氮代谢,相反,施氮也可以提高作物的耐旱性。因此,了解干旱胁迫响应和氮素吸收利用的相互关系对于协同调控植物抗旱性及氮利用效率具有重要的意义。

 

  

  图为经过干旱处理(上图)和低氮处理(下图)的小麦生长情况。中国农业科学院作物科学研究所供图

 

  研究人员从抗逆性强的大豆品种“铁丰8号”中克隆了转录因子基因GmTDN1,基因表达谱分析表明GmTDN1可以响应干旱、低氮等各种非生物胁迫,将GmTDN1导入“石4185”和“济麦22”二个主栽小麦品种,显著提高了小麦的节水抗旱性和氮肥利用效率。连续3年在3个不同地点进行的田间试验表明,导入GmTDN1基因的“石4185”和“济麦22”小麦在节水条件下和缺氮条件下产量分别提高13.0%和24.5%。进一步研究发现,在小麦中过量表达GmTDN1基因可以上调LEA、EREBP1、WRKY46等干旱胁迫应答基因以及硝酸盐转运体基因NRT2.5的表达,增强了小麦的光合和渗透调节、抗氧化,以及根系氮素吸收能力,最终协同提高小麦的抗旱性和氮肥利用效率。

  该研究得到中国农业科学院科技创新工程等项目支持。

(单位:中国农业科学院作物科学研究所 )
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