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高温下维持水稻高产和高氮素利用效率的新机制

已有 1322 次阅读 2023-7-14 14:49 |个人分类:论文|系统分类:论文交流

高温下维持水稻高产和高氮素利用效率的新机制

题目:High-temperature adaptation of an OsNRT2.3 allele is thermoregulated by small RNAs

期刊:Science Advances

作者及单位:张勇……范晓荣(南京农业大学)

该研究经过5年的田间实验从239份水稻种质资源中筛选到一个先前未鉴定的硝酸盐转运蛋白基因OsNRT2.3的等位基因,此等位基因可以使水稻在高温下保持高产和高氮素利用效率(NUE)

气候变化降低了全球主要作物的产量,对农业系统构成了重大威胁。气候变化的两个后果,干旱和热胁迫的预期发生率较高,将严重影响作物的氮(N)的吸收和利用效率,从而进一步限制作物产量。特别是夜间温度升高显著降低了水稻的生长和产量。

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该研究证明,OsNRT2.3 5’UTR发生SNPHTNE-2(High Temperature resistant and Nitrogen Efficient-2)水稻品种通过提高OsNRT2.3aOsNRT2.3b的翻译效率,从而使水稻品种在夜间温度升高的环境中依然保持较高的产量。在自然田间条件和人工控温环境下,利用HTNE-1(对照组)和HTNE-2的杂交材料和EMS技术得到的Tilling材料进一步证实了OsNRT2.3 5’UTRSNP具有耐高温和提高NUE的特性。

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该研究还在不同温度下通过分子动力学模拟与OsNRT2.3结合的小RNA(sNRT2.3-1和sNRT2.3-2)的三维结构表明小RNA对温度的变化比较敏感。

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此外还利用DMS-MapSeq技术对水稻体内OsNRT2.3a/bRNA二级结构进行了检测,实验数据表明OsNRT2.3b在体内可能具有很强的RNA二级结构或被蛋白质、复合物紧密结合,说明OsNRT2.3b 具有较好的稳定性。因此小RNA会更易和OsNRT2.3a结合,从而抑制其转录翻译。并且OsNRT2.3 5’UTRSNP会抑制sNRT2.3-1sNRT2.3-2的转录。这也阐释了在高夜温环境中,OsNRT2.3 5’UTRSNP可以水稻具有耐受高温和高氮素利用效率的优良特性。


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OsNRT2.3的作用机制模型


南京农业大学资源与环境学院范晓荣教授为通讯作者,博士生张勇为第一作者,日本甲南大学的Hisae Tateishi-KarimataTamaki Endoh、浙江大学的金琼丽博士等也参与了本工作,Luis Rafael Herrera-Estrella徐国华教授、沈其荣教授、傅向东研究员、郭世伟教授、王智烨研究员等为本研究做出了重要贡献。




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