南京农业大学万建民院士团队在水稻氮素高效利用领域取得新进展

氮肥的施用极大程度上促进了农作物产量的提升，但过量的氮肥施用会降低农业经济效益，同时引发严重的环境问题。水稻是喜铵作物，但过多的铵会引发铵毒，过低则限制分蘖和产量。野生稻在长期自然选择中形成了适应低氮湿地环境的遗传特性，其携带的祖先等位基因成为破解栽培稻氮效率瓶颈的关键。挖掘铵高效优异等位基因并解析其调控网络，对水稻氮高效遗传改良、实现减氮增效的育种目标及促进农业的可持续发展具有重要意义。

团队以9311栽培稻与普通野生稻（CWR276）构建的198份染色体片段代换系为材料，通过量化有效穗数比（EPNR）评价氮利用效率，首次在3号染色体定位到两个主效QTL位点（qEPNR-3a和qEPNR-3b）。其中qEPNR-3b的遗传贡献率达8.44%，锁定其位于32.875-33.049 Mb的173 kb区间，并从中筛选出关键候选基因——谷氨酸脱氢酶GDH1（Os03g0794500）。研究发现，该基因通过调控铵根同化增加水稻有效穗数与提高氮素利用效率（NUE），赋予水稻对不同铵条件的适应性。野生稻来源的GDH1^OR单倍型显著提升水稻NUE，分析发现GDH1^OR启动子区5-bp缺失导致了DOF27转录因子对其转录激活能力的增强。低铵条件则增强DOF27启动子R-loop富集，推动DOF27表达；DOF27蛋白识别GDH1^OR启动子中完整AAAG元件，强力激活GDH1表达；GDH1在线粒体中促进NH₄⁺与2-OG生成谷氨酸，提高铵同化、铵吸收、有效穗数和氮利用效率。栽培稻中，GDH1⁹³¹¹启动子5-bp插入削弱DOF27结合，而DOF27^OR的47-bp R-loop插入和GDH1^OR优异单倍型在现代栽培稻中几乎丢失。通过靶向编辑DOF27启动子以增加R-loop丰度，可提高低氮下的NUE。该研究阐明了R-loop介导的DOF27-GDH1模块的关键功能，对野生稻适应低铵环境提出了新见解，为水稻氮高效遗传改良、实现减氮增效的育种目标提供了优异基因资源。

R-loop介导的DOF27-GDH1功能模块提高水稻氮素利用效率的分子机制

万建民院士和王春明教授为共同通讯作者，南京农业大学已毕业博士研究生姜行舟、钟山青年研究员陈高明、博士研究生闰永行为本文的共同第一作者。张文利教授参与了指导。2026年以来团队在Plant Biotechnology Journal (2026;24:3514–3527), Plant Communications (doi.org/10.1016/j.xplc.2026.101934)和 Current Biology (doi.org/10.1016/j.cub.2026.05.038)等杂志发表了水稻养分高效和耐盐碱遗传育种领域一系列重要进展。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省种子产业振兴项目等资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.05.038