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摘要
二十世纪五六十年代,半矮秆水稻和小麦新品种的育成和大面积推广,有效地解决了"高产与倒伏"之间的制约矛盾,这一历程即为众所周知的"绿色革命"。水稻半矮秆基因sd1(semi-dwarf1)既增加了水稻收获指数,又有效地解决了因密植和大量施肥导致的植株倒伏和减产问题,实现了水稻单产的大幅度提升。然而,半矮秆水稻和小麦品种也表现出其植物生长对氮肥响应的减弱,根系对氮肥的吸收速率下降,导致氮肥利用效率(nitrogen use efficiency, NUE)下降。因此,协同改良半矮化作物的高产与氮肥高效利用性状,对保障国家粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。傅向东课题组的研究显示,水稻生长调节因子GRF4和生长抑制因子DELLA相互之间的反向平衡调节赋予了植物生长与碳-氮代谢之间的稳态共调节。DELLA蛋白高水平积累导致了作物半矮化,实现了植株耐高肥和抗倒伏的高产目标,但其伴随着氮肥利用效率的降低。相反,GRF4蛋白高水平积累能协同提高作物光合作用和氮肥利用效率,但并不改变"绿色革命"品种的半矮化优良性状,从而实现了在现有高产品种中协同提升产量和氮肥利用效率。DELLA-GRF4分子调控模块的解析为"少投入、多产出、保护环境"的绿色高产高效农作物新品种培育提供了理论基础和具有育种利用价值的新基因资源。
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