本网讯 近日，生物学国际著名SCI期刊Plant Science（中科院二区，影响因子3.712）在线发表了我校生命科学与技术学院方中明教授为独立通讯作者的题为“Altered expression of OsNPF7.1 and OsNPF7.4 differentially regulates tillering and grain yield in rice”的研究论文（文章链接：https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2019.01.019）。该研究首次发现了水稻氮运输NPF家族成员中有负调控水稻产量性状的基因OsNPF7.4，通过基因编辑技术敲除此基因可以提高水稻分蘖和产量，并且不含有任何转基因标记。
研究首先发现了水稻氮运输NPF家族93个成员中有18个基因具有选择性剪接形式，并鉴定了36种不同形式的mRNA，其中两个基OsNPF7.1和 OsNPF7.4在不同氮浓度下分蘖芽中呈现出相反的表达模式。实时荧光定量PCR、启动子-GUS植株染色分析和转基因等实验结果表明，基因OsNPF7.1和 OsNPF7.4的表达水平决定了分蘖芽的伸长，特别是第二分蘖芽的伸长，从而影响了水稻单株的分蘖数。
提高OsNPF7.1基因的两种剪接形式中的任何一种以及同时敲除OsNPF7.4基因的两种剪接形式均能提高水稻的生物量、分蘖数、灌浆粒数和单株产量。然而，OsNPF7.1基因两种剪接形式降低表达以及OsNPF7.4基因两种剪接形式提高表达却呈现相反的结果。提高OsNPF7.1基因两种剪接形式和 OsNPF7.4基因两种剪接形式的表达均能够提高硝酸根的吸收，但是提高OsNPF7.4基因两种剪接形式的表达却导致了植株生物量比对照降低。
进一步研究发现，其原因是OsNPF7.4基因超表达植株过多吸收硝酸根后导致了叶鞘中氨基酸的积累，由此抑制了植株的生长。另外，植株中硝酸根再利用的减少也限制了植物的生物量和产量性状的形成。然而，OsNPF7.4基因超表达植株只适度提高硝酸根和氨基酸浓度，能够比对照促进植株生长并且增加水稻产量。
研究结果表明水稻NPF家族成员OsNPF7.1和 OsNPF7.4调控水稻生长发育和产量性状的角色完全相反，通过差异调控OsNPF7.1和OsNPF7.4基因的表达能够改善水稻株型并且提高产量。这为不同基因协同表达调控水稻株型提供了理论基础，特别是通过基因编辑技术来改善水稻产量且不含任何转基因标记提供了候选基因和实践案例。
该研究历时五年（2014-2018年），我校为论文的第一单位，方中明教授为论文的独立通讯作者，黄玮婷副教授和硕士研究生聂海鹏为论文的共同第一作者。鉴于OsNPF7.1和OsNPF7.4在水稻产量提高上的重要作用，已于2017年分别申请了国家发明专利（专利号：201710328982.0和201710330664.8），方中明教授为两个国家发明专利的第一发明人。该研究得到了国家自然科学基金（31301250/31701990）、水稻生物学国家重点实验室开放课题（160203）和湖北省自然科学面上基金（2017CFB696）等资助。
（责编：李春艳）
