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aBIOTECH | 北京大学现代农业研究院侯毅枫团队揭示TaNRT1.1B介导的氮素吸收促进小麦盐胁迫适应与产量维持

已有 508 次阅读 2026-9-22 11:59 |个人分类:论文|系统分类:论文交流

aBIOTECH | 北京大学现代农业研究院侯毅枫团队揭示TaNRT1.1B介导的氮素吸收促进小麦盐胁迫适应与产量维持

小麦是全球重要的粮食作物，在我国谷物生产中占据核心地位，对保障国家粮食安全具有重大战略意义。然而，我国耕地资源相对紧缺，人均占有量少。在此背景下，盐碱地作为重要的战略后备耕地资源，对于缓解耕地短缺、弥补粮食缺口方面具有不可替代的战略价值。因此，挖掘盐碱地生产潜力、开展小麦耐盐研究，是保障国家粮食安全和推动农业可持续发展的迫切需求。然而，土壤盐渍化严重抑制植物生长，并对小麦生产构成威胁。高浓度的钠离子（Na⁺）会抑制水分及钾离子（K⁺）、氮、磷和钙等必需养分的吸收，从而导致离子平衡紊乱、氧化损伤，最终降低谷物产量与品质。研究表明，施氮可通过调节渗透势、减轻氧化损伤、维持离子稳态、稳定膜完整性以及优化光合性能来增强水稻的耐盐性。然而，氮代谢与小麦盐胁迫响应之间的调控关系，目前尚不十分清楚。

近日，北京大学现代农业研究院/潍坊现代农业山东省实验室联合山东农业大学团队在aBIOTECH 发表了题为“TaNRT1.1B-mediated nitrogen acquisition contributes to salt adaptation and yield-trait maintenance in wheat”的研究论文。该研究综合运用多种材料的表型鉴定、突变体遗传学分析和转录组测序等手段，证实TaNRT1.1B通过耦联硝酸盐吸收与盐胁迫响应，协同调控小麦的生长发育与耐盐性，为培育耐盐性更强、氮利用效率更高、籽粒产量更高的小麦品种提供了潜在候选基因靶点。

研究团队以盐碱地表现优异的小麦品种济麦60为研究对象，用100 mM NaCl处理不同时间后进行表型观察和相关生理指标的检测。结果表明，盐处理12 h后，植株体内硝态氮含量显著下降，且随处理时间延长呈持续降低趋势；与此相对应，至48 h时，小麦根系和地上部与对照相比呈现出显著的表型差异。为了探究盐胁迫影响小麦体内硝态氮积累的分子机制，研究团队对100 mM NaCl处理不同时间的小麦根系和叶片分别进行转录组学分析。结果显示盐胁迫显著抑制了与硝态氮同化、硝态氮响应及硝态氮跨膜转运等相关基因的表达，与本研究中盐处理导致植株体内硝态氮积累量下降的结果相吻合。

已知拟南芥和水稻中的NRT1.1在调控硝态氮信号和硝态氮转运中发挥着十分重要的作用，研究团队在转录组数据中发现盐胁迫条件下TaNRT1.1B的表达受到了明显抑制。为了探究TaNRT1.1B在盐胁迫条件下调控小麦耐盐及氮代谢的功能，研究团队通过CRISPR-Cas9技术以野生型Fielder为背景获得两个不同敲除形式的基因编辑突变体。随后将野生型和tanrt1.1b突变体用150 mM NaCl处理14 d后发现，野生型的成活率约为30%，而tanrt1.1b突变体的成活率下降至10%。此外，盐处理后tanrt1.1b突变体地上部高度、地上部生物量和地上部干重与野生型相比下降更为明显。植物体内Na⁺/K⁺平衡是评判植株是否耐盐的重要标准，盐处理后tanrt1.1b突变体体内的Na⁺/K⁺比值显著高于野生型，而硝态氮含量显著降低。以上结果表明，TaNRT1.1B通过正向调控硝态氮吸收进而提高小麦耐盐性。

OsNRT1.1B在低浓度ABA条件下作为ABA受体调控ABA响应及水稻耐旱能力。为了探究TaNRT1.1B在小麦中是否有相似功能，研究团队将野生型和tanrt1.1b突变体在添加了0 nM或200 nM ABA的种子萌发袋中生长4 d后进行表型分析。结果发现ABA处理显著降低了野生型植株的根长，但这种抑制作用在tanrt1.1b突变体中基本消失。为了进一步探究TaNRT1.1B在ABA响应中的作用，研究团队通过RT–qPCR检测了ABA响应基因的表达，与野生型相比，tanrt1.1b突变体中ABA响应基因均显著下调，这与其ABA不敏感的生长表型相一致。以上结果表明，TaNRT1.1B可能介导小麦对低浓度ABA的响应，提示其与水稻OsNRT1.1B在功能上具有保守性。

为探究盐胁迫条件下TaNRT1.1B对小麦产量的调控功能，将野生型和tanrt1.1b突变体分别用0 mM对照和75 mM NaCl处理，观察其表型变化。研究结果显示，盐胁迫可加速小麦抽穗，且TaNRT1.1B功能缺失会进一步加速这一现象，导致小麦抽穗期显著提前。随后，研究团队对成熟植株的产量性状进行了统计分析。在对照及盐胁迫条件下，tanrt1.1b突变体的穗长、单穗粒重和单株粒重均显著降低。研究结果表明，TaNRT1.1B可通过调控穗长、穗粒数及籽粒大小正向调控小麦产量。

为了探究TaNRT1.1B是否介导不同基因型小麦耐盐性的差异，并明确TaNRT1.1B表达水平、硝态氮积累与耐盐能力的内在联系，研究团队将不同耐盐能力的小麦品种用0 mM和100 mM NaCl处理21 d后进行硝态氮含量和TaNRT1.1B表达量检测。结果发现盐处理后耐盐品种体内硝态氮含量大约降低40%，而盐敏感品种体内的硝态氮含量大约下降60%，且耐盐品种TaNRT1.1B的相对表达量显著高于盐敏感品种。以上结果表明，TaNRT1.1B的表达与小麦耐盐性呈正相关，可能是通过维持小麦硝态氮吸收来提高小麦的耐盐能力。

综上所述，本研究证实TaNRT1.1B是调控小麦耐盐与氮利用效率的关键基因。该基因通过耦联硝酸盐吸收与耐盐调控，参与小麦ABA响应和生长发育调节，并最终影响籽粒产量。研究结果进一步揭示了作物养分稳态与逆境应答关联的分子机制，并为培育耐非生物胁迫、氮利用效率高、高产的小麦新品种提供了重要候选基因靶点。

北京大学现代农业研究院/潍坊现代农业山东省实验室助理研究员权姝璇、北京大学现代农业研究院/潍坊现代农业山东省实验室与山东农业大学联合培养硕士研究生李一田为该论文共同第一作者；北京大学现代农业研究院/潍坊现代农业山东省实验室侯毅枫研究员、小麦育种全国重点实验室主任/山东农业大学张宪省教授为该论文的共同通讯作者；北京大学现代农业研究院/潍坊现代农业山东省实验室与山东农业大学联合培养硕士研究生彭程、北京大学现代农业研究院/潍坊现代农业山东省实验室科研助理张倩、副研究员王祯、副研究员臧杰和助理研究员王桂栾也参与了该项研究工作。

该研究得到国家重点研发计划、山东省自然科学基金、山东省重点研发计划、泰山学者计划以及山东省乡村振兴项目等项目的资助和小麦育种全国重点实验室的支持。

引用本文：

Quan S, Li Y, Peng C, Zhang Q, Wang Z, Zang J, et al. TaNRT1.1B-mediated nitrogen acquisition contributes to salt adaptation and yield-trait maintenance in wheat. aBIOTECH 2026;7(4):100090.

https://doi.org/10.1016/j.abiote.2026.100090

aBIOTECH已于2026年1月正式转至Elsevier以金色OA模式出版，最新投稿地址：

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