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作物增产30%以上!Science:中国科学家发现“明星基(2)

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“其实我们筛选到的是一个明星基因。”周文彬告诉记者，转录因子OsDREB1C在拟南芥等模式植物中备受关注，但此前并没有科学家关注它与粮食作物产量的关系。

为验证OsDREB1C基因在不同作物中可能产生的“影响力”，该团队进一步在普通小麦品种“Fielder”以及模式植物拟南芥中，构建了过表达OsDREB1C基因的材料，并对其进行多物种功能验证。

中国农业科学院作物科学研究所(以下简称作科所)研究员周文彬团队在水稻中发现高产基因(OsDREB1C)能同时提高光合作用效率和氮素利用效率，可提高作物产量30%以上。7月22日，相关成果在线发表于《科学》。

2014年，发表在《自然-生物技术》的研究鉴定到了118个玉米和水稻共有的与光合作用过程密切相关的转录因子。“我们站在前人的肩膀上，以这118个转录因子为切入点，逐一分析它们在水稻中光照条件和低氮条件下的诱导表达情况，鉴定到一个同时受光和低氮调控的转录因子OsDREB1C。”周文彬说。

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结果发现，该基因在小麦中同样具有高产早熟的功能，可让小麦田间增产17.2%~22.6%，早熟3~6天。

《科学》同期发表的英国牛津大学植物科学系教授Steven Kelly撰写的评论文章称，这项研究表明，在经历了数千年的驯化育种后，通过挖掘植物基因组中未知的光合作用相关基因来实现作物产量的提升，尚有巨大潜力。该研究证明，通过提高光合作用来增加作物单产是可行的，也是实现世界可持续发展的重要途径之一。

论文共同第一作者、作科所博士研究生魏少博负责管理田间试验。据他介绍，2018年至2022年，该团队在北京、三亚、杭州进行了多年多点田间试验。

文 | 《中国科学报》记者李晨

一方面，植物通过地上部叶片进行光合作用，将大气中的二氧化碳同化为有机物，完成碳的固定，是作物生物量和产量形成的基础;另一方面，植物通过地下部根吸收氮素，是作物产量形成的关键限制因子。

“在有限耕地面积的情况下，提高作物单产是确保粮食安全的主要途径。”论文通讯作者周文彬告诉《中国科学报》。

“多面手”明星基因

然而，此前研究表明，全球约24%~39%的玉米、水稻、小麦以及大豆种植区域单产处于停滞不前，甚至下降的态势。

过表达OsDREB1C基因的“日本晴”水稻高产早熟。受访者供图

未来世界人口将持续增长，预测到本世纪中叶，粮食产量至少要增加50%~60%才能满足需求，因此需要持续提高作物单产水平。

同时，近年来作物单产增长已进入一个平台期，受气候变化影响，有的地区甚至出现了单产下降的趋势。

为了验证这个基因的功能，此后，该团队进行了不同作物、不同地点的多年田间试验。

碳和氮是植物生长发育必需的营养元素，也是细胞的主要构成成分。

中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士评论指出，该研究是作物高产早熟育种研究领域的一项重大突破，未来有望应用于水稻、小麦等口粮作物以及蔬菜等园艺作物。此外，该基因的早熟、高产特性可为下季作物空出茬口，对解决作物复种系统下整地时间短、茬口偏紧等生产问题，也具有非常重要的应用价值。

文章来源：《玉米科学》网址: http://www.ymkxzz.cn/zonghexinwen/2022/0728/1924.html