生物通报道  来自中科院遗传与发育研究所、中国水稻研究所、中科院上海生命科学研究院等机构的研究人员证实，异三聚体G蛋白（Heterotrimeric G proteins）调控了水稻的氮利用率。这一重要的研究发现发表在4月28日的《自然遗传学》（Nature Genetics）杂志上。

论文的通讯作者是中科院遗传与发育研究所的傅向东（Xiangdong Fu）研究员，其主要研究方向为植物激素调控植物生长发育的分子机理。

氮是促进植物生长和发育的必需的大量营养元素之一，占植物干重的1.5-2%以及植物总蛋白的16%，是氨基酸、蛋白质、核酸、叶绿素、激素等的组成成分。氮肥是农业生产中需要量最大的化肥品种，它对提高作物产量、改善农产品的质量有重要的作用。然而，一般来讲，只有少量氮肥被植物所吸收，大部分的氮肥则被释放到大气或流失到水体中，对环境造成了越来越严重的影响，提高农作物的氮肥利用率已成为了寻求可持续农业的当务之急。

水稻是重要的粮食作物，为世界上大约一半的人口提供粮食。在农业生产中，大量施用氮肥一直是水稻高产的重要措施之一。由于土壤蓄水系统中的挥发和反硝化作用，与其他农作物相比，水稻的氮肥利用率比较低。利用遗传学和分子生物学方法从氮高效的水稻资源品种中分离并克隆氮高效相关基因，通过改变这些关键基因的表达或功能进而使农作物在较低养分水平下保持较高产量，是降低水稻生产投入成本，减少水稻生产对环境造成的污染，稳定提高水稻产量的一种可行的途经。

2009年傅向东课题组从中国超级水稻中分离出了控制产量的关键基因DEP1 (DENSE AND ERECT PANICLES 1)。证实DEP1基因在中国超级稻增产中起到关键的作用，它能促进细胞分裂、使得稻穗变密、枝梗数增加和每穗籽粒数增多，从而促进水稻增产。从而揭开了中国超级稻的高产奥秘，这一重要的研究发现发表在当年的《Nature Genetics》杂志上（延伸阅读：傅向东研究组《Nature Genetics》发现新基因 ）。

2011年，傅向东课题组利用图位克隆方法分离出了氮介导生长反应的一个数量性状基因座（QTL）——qNGR9,并将qNGR9精细定位在9号染色体上。

在这篇新论文中，通过定位克隆和遗传互补实验，研究人员发现qNGR9就是DEP1。相异的DEP1等位基因赋予了不同的氮反应，遗传多样性分析结果表明，在水稻粳稻驯化过程中DEP1经受了人工选择。携带显性dep1-1等位基因的植物显示氮不敏感性营养生长，氮摄取和同化增高，因此施以适当水平的氮肥可提高收获指数和产量。

异三聚体鸟嘌呤核苷结合蛋白(简称G 蛋白)是一类在真核细胞中保守的重要信号转导分子，介导细胞膜外侧的G蛋白偶联型受体（GPCR）与膜内侧效应器之间的跨膜信号转导，由α、β和γ三个亚基组成。许多研究表明植物 G 蛋白介导的信号转导途径在光、激素、糖等响应过程中发挥着精细的调控作用。研究人员发现，在体内DEP1蛋白与Gα 亚基(RGA1)和Gβ 亚基(RGB1)发生了互作，导致RGA1活性降低，RGB1活性增高，从而抑制了氮反应。

由此，研究人员断定这一植物G蛋白复合物调控了氮信号。调控异三聚体G蛋白的活性有可能是环保且可持续地提高水稻产量的一个有前景的策略。

（生物通：何嫱）

作者简介：

傅向东

男，博士，研究员，博士生导师
 
1991年获武汉大学生物系学士学位，1994年获中国科学院武汉植物所硕士学位。1996-1997年在英国John Innes Centre应用遗传系做访问学者。1998-2000年在英国John Innes Centre作物遗传系，获浙江大学和John Innes Centre联合培养博士。2001-2005年在John Innes Centre细胞与发育生物学系做博士后。2005年入选中国科学院"****"，获2005年度国家杰出青年科学基金资助。

研究方向：植物激素调控植物生长发育的分子机理。主要以水稻和拟南芥为材料，解析赤霉素信号转导途径及其调控植物生长发育和开花的分子机制，研究水稻穗发育和穗型形成的分子调控网络，利用分子设计培育水稻高产新品种。

具体研究内容包括：1.赤霉素作用的分子机理与信号转导;2.水稻穗发育和穗型形成的分子调控;3， 植物激素和环境应答的互作与根系形态建成

生物通推荐原文摘要：

Heterotrimeric G proteins regulate nitrogen-use efficiency in rice

The drive toward more sustainable agriculture has raised the profile of crop plant nutrient-use efficiency. Here we show that a major rice nitrogen-use efficiency quantitative trait locus (qNGR9) is synonymous with the previously identified gene DEP1 (DENSE AND ERECT PANICLES 1). The different DEP1 alleles confer different nitrogen responses, and genetic diversity analysis suggests that DEP1 has been subjected to artificial selection during Oryza sativa spp. japonica rice domestication. The plants carrying the dominant dep1-1 allele exhibit nitrogen-insensitive vegetative growth coupled with increased nitrogen uptake and assimilation, resulting in improved harvest index and grain yield at moderate levels of nitrogen fertilization. The DEP1 protein interacts in vivo with both the Gα (RGA1) and Gβ (RGB1) subunits, and reduced RGA1 or enhanced RGB1 activity inhibits nitrogen responses. We conclude that the plant G protein complex regulates nitrogen signaling and modulation of heterotrimeric G protein activity provides a strategy for environmentally sustainable increases in rice grain yield.

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