植物如何适应缺氮

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“我们研究了不同氮供应条件下的大量小麦和大麦基因型，并分析了它们的根系结构和植物中的氮积累，”波恩大学作物科学研究所植物育种小组的主要作者 Md. Nurealam Sidiqqui 说。和资源保护 (INRES)。研究人员共研究了过去半个世纪植物育种的 220 多种不同的小麦和大麦品种。“选择研究的小麦品种以涵盖过去 60 年的育种历史，”INRES 植物育种的 Jens Léon 教授解释说。

在波恩大学克莱因-阿尔滕多夫农业研究园区，研究人员在高氮含量试验田和低氮含量试验田上研究了这些不同品种，并进行了比较。然后，该团队分析了每个品种的根性状特征和叶子和谷物的氮含量，并进行了全基因组遗传分析，以发现 DNA 序列与相应性状之间的相关性，Léon 教授进一步解释说。

更多的根从土壤中吸收更多的氮

在评估过程中，研究人员遇到了 NPF2.12。当土壤氮供应不足时，该基因的某些变体会导致植物长出更大的根系。“该基因，或者更确切地说，它编码的蛋白质，很可能充当传感器，当土壤中的氮含量低时需要关闭它，以便间接增加信使一氧化氮作为信号级联的一部分，这反过来诱导根系生长，从而提高氮的利用率，”该论文的通讯作者 INRES 植物育种的 Agim Ballvora 博士说。

“在低氮条件下和存在 NPF2.12 基因的某些变体的情况下，与高氮可用性相比，可以检测到叶子和谷物中氮含量的增加，”Ballvora 说，他还与大学的 PhenoRob Cluster of Excellence 合作波恩。因此，在不利条件下，这些品种比含有替代等位基因的品种产量更高，Siddiqui 强调说。

NPF2.12 硝酸盐传感器的变体有助于氮的利用

研究人员可以在实验室和温室中证明 NPF2.12 确实对这种改进的性能负责。分析了 NPF2.12 基因缺陷的小麦植株。当氮供应不足时，具有缺陷 npf2.12 等位基因的相应品系表现得像天生具有有益基因变异的栽培品种。PhenoRob 集群成员 Gabriel Schaaf 教授解释说：“这些结果表明 NPF2.12 是一种负调节因子，其在相应品种中的表达减少会通过一种复杂的机制导致更多的根系生长和芽中更高的氮含量。” INRES Plant Nutrition 卓越奖。

该研究属于基础研究的范围，但也为植物育种开辟了重要的可能性。“提高对氮传感的遗传和分子功能的理解将加速氮利用效率提高的品种的培育，”Ballvora 说，展望未来。然而，这需要更好地了解 NPF2.12 传感器信号级联中的各个步骤，这些步骤会导致在缺氮条件下根系生长更强。

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