近日，南京農業大學徐國華教授團隊在Nature communications發表了題為Sugar transporter modulates nitrogen-determined tillering and yield formation in rice的研究論文，揭示了葡萄糖轉運蛋白OsSTP28調控氮素介導的水稻分蘗和產量建成的機制。

作物碳-氮代謝、分配利用的協同是作物高產和氮素高效利用的基礎。綠色革命之后，高產半矮稈品種的廣泛種植和氮肥的施用提高了作物產量。然而，氮肥的大量生產和施用不僅增加了能耗和生產成本，還嚴重影響了生態環境，如土壤酸化、水體富營養化和溫室氣體排放增加等。因此，挖掘提高作物氮素利用效率的關鍵基因、創制氮高效優異種質材料是新綠色革命品種培育的基礎，也是“減肥增產”的重要任務。

本研究利用全基因組關聯分析（GWAS）、基因編輯、多組學分析和田間試驗等手段挖掘到水稻分蘗氮響應的負關鍵調節因子（葡萄糖轉運蛋白OsSTP28），解析了水稻分蘗氮響應和產量形成的新機制。研究表明氮素營養通過抑制OsSTP28的表達提高了莖基部質外體葡萄糖水平，進而通過組蛋白H3K27的甲基化修飾抑制轉錄因子OSH15的表達并激活赤霉素氧化酶GA2oxs介導的赤霉素分解代謝，最終促進了水稻的分蘗和產量的提升。此外，該研究還發現OsSTP28的優異等位基因可以更加高效地促進現代栽培水稻品種的分蘗氮響應和產量，為水稻高產和氮高效的遺傳改良提供了優異的基因資源。

綜上所述，該研究以氮素調控水稻分蘗發生為例，闡明了氮素通過調控庫器官單糖的分配，實現碳-氮協同，提高產量的新機制，為氮素高效育種提供了新思路和基因資源。

OsSTP28調控氮素依賴的水稻分蘗和產量建成的模式圖（LN: 低氮；HN:高氮）

南京農業大學資源環境科學學院的張金飛博士為該論文的第一作者，徐國華教授，劉鷹副教授為共同通訊作者。南京農業大學資源環境科學學院顧冕教授，張抒南副研究員，中山大學農學與生物技術學院陳景光副教授，南京農業大學生命科學學院徐益峰教授，中國科學院遺傳與發育生物學研究所高級工程師褚金芳博士等參與了該研究。研究工作得到了國家重點研發計劃，國家自然科學基金，江蘇省種業振興揭榜掛帥項目的資助。

文章鏈接： https://www.nature.com/articles/s41467-024-53651-1