近幾十年來，主要作物水稻的產(chǎn)量取得了顯著增長，但這一成就的代價是僅水稻一種作物就消耗了全球近三分之一的氮肥和一半以上的水資源。面對全球氣候變化與多重脅迫挑戰(zhàn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正經(jīng)歷前所未有的考驗。未來綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)提倡培育推廣 節(jié)水低肥 水稻品種，這一資源投入轉(zhuǎn)變將深刻改變水稻的生長環(huán)境，使其可能需要適應(yīng)長期低硝酸鹽條件。

前期，中國科學(xué)院微生物研究所葉健團隊 前期與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)萬建民院士團隊合作鑒定出硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白OsNPF6.1的優(yōu)異單倍型可以顯著提高 低氮條件 下的水稻產(chǎn)量。在此基礎(chǔ)上，葉健團隊 聯(lián)合方榮祥院士團隊在Plant, Cell & Environment發(fā)表 題為“A nitrate transporter OsNPF6.1 promotes nitric oxide signaling and virus resistance”的 研究 成果 ， 揭示 了 低硝態(tài)氮 使用提高水稻對病毒抗性的分子機制，為 指導(dǎo)作物分子設(shè)計 和合理施肥 ， 保障我國糧食安全提供新的科學(xué)依據(jù) 。

研究表明， 當 水稻 遭遇水稻條紋病毒（RSV）攻擊時， OsNPF6.1 上調(diào)表達 ，促進 硝態(tài)氮 攝取， 隨后激活硝酸還原酶 基因 OsNR2 ，催化生成免疫信使一氧化氮（NO），最終啟動抗病毒基因表達程序。 然而， RSV病毒進化出 “ 反制武器 ” ——病害特異蛋白（SP） ， 直接 靶向 OsNPF6.1 蛋白，阻礙其硝酸鹽轉(zhuǎn)運活性， 抑制NO生成，加重病害發(fā)生 。 進一步研究 發(fā)現(xiàn)，在低硝態(tài)氮環(huán)境下，OsNPF6.1 第132位蘇氨酸可能發(fā)生磷酸化修飾，從而改變其生物構(gòu)象， 減弱與SP的相互作用，使這個 “ 抗病開關(guān) ”巧妙地 逃逸病毒干擾 。該研究為開發(fā)“精準施氮”的綠色防控策略提供了潛在靶點。

NPF6.1-NO信號級聯(lián)通路在RSV抗性中的作用模型

“ 這就像揭開了植物世界的 ‘ 氮語密碼 ’” 論文通訊作者葉健研究員 解釋到 ， “早在 四百 多 年前 的 明代 就有了氨態(tài)氮肥的使用促進 稻蹲 （可能是最早記載的一種水稻病毒病害）的記載 ， 且 施肥越多的田塊病害越重 ， 我們 的研究 不僅找到了古籍中 過度 施肥 加重 病害的科學(xué)解釋，更發(fā)現(xiàn)了用氮肥 ‘ 編程 ’ 作物抗病性的新可能。 ”

該系列研究成果為破解“抗病-高產(chǎn)-低肥”矛盾提供了新思路：通過推廣OsNPF6.1優(yōu)異單倍型水稻并適當減施硝態(tài)氮肥，可能在維持較高產(chǎn)量與抗病性的同時，減少氮肥濫用造成的環(huán)境污染。

中國科學(xué)院微生物研究所博士畢業(yè)生徐爽、研究生韋一帆為論文第一作者，微生物所葉健研究員與方榮祥院士為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué) 基金重大及杰青等項目的資助。

參考文獻：

Tang W, Ye J, Yao X, Zhao P, Xuan W, Tian Y, Zhang Y, Xu S, An H, Chen G, Yu J, Wu W, Ge Y, Liu X, Li J, Zhang H, Zhao Y, Yang B, Jiang X, Peng C, Zhou C, Terzaghi W, Wang C, Wan J. Genome-wide associated study identifies NAC42-activated nitrate transporter conferring high nitrogen use efficiency in rice. Nat Commun. 2019 Nov 21;10(1):5279. doi: 10.1038/s41467-019-13187-1.

明·馮汝弼.《祐山雜說》.“嘉靖二十三年(1544年),平湖、海鹽大荒,五、六月,禾苗盛長,至七月,即蹲縮黃萎,糞多者尤甚。”

http://doi.org/10.1111/pce.15626