中國水稻種植面積占世界水稻種植面積的20％，但氮肥用量卻占全球用量的37％。持續(xù)大量的氮肥投入，不僅浪費了資源和能源，還加劇了土壤酸化、水體富營養(yǎng)化和農業(yè)溫室氣體排放等一系列問題。8月16日，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所傅向東課題組關于赤霉素信號傳導途徑調控植物氮肥高效利用的最新成果在線發(fā)表于《自然》雜志，傅向東課題組博士生李姍為該論文第一作者。

傅向東表示，該項成果深化了對于植物生長與代謝協(xié)同調控機制的認識，有助于培育綠色高產高效農作物新品種，從而找到了一條在保證糧食總產量不斷增長的同時，提高氮肥利用率、降低生產成本、減少環(huán)境污染的可持續(xù)發(fā)展農業(yè)新途徑。

上世紀60年代，以半矮化育種為特征的第一次“綠色革命”，使得全世界水稻和小麥產量翻了一番。但攜帶“綠色革命”基因的農作物中抑制植物生長的DELLA蛋白高水平積累，導致其對氮肥響應減弱和利用效率下降。

傅向東告訴《中國科學報》記者，課題組歷時6年，從攜帶“綠色革命”基因的水稻資源材料中篩選到一個氮素吸收速率顯著增加的新品系，通過QTL定位、圖位克隆等技術，獲得了氮肥高效利用的關鍵基因GRF4。

該研究證實了GRF4是一個植物碳—氮代謝的正調控因子，在上調了GRF4的表達后，“綠色革命”水稻和小麥品種在維持半矮稈、高產量性狀的同時，氮利用效率明顯上升。研究還發(fā)現了一個新型的優(yōu)異等位基因GRF4ngr2。

該研究不僅豐富了對于赤霉素信號傳導分子機制的認識，而且從分子水平闡明了“綠色革命”矮稈育種伴隨氮肥利用效率低下的原因，并提出了明確的解決方案。

日本名古屋大學教授松岡信同期發(fā)表評述指出，這項發(fā)現為“少投入、多產出”的綠色高產高效農作物新品種培育提供了具有育種利用價值的新基因資源，預示著一場新的“綠色革命”即將到來。