2021年7月19日，JGG在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所左建儒研究员、高彩霞研究员、李俊明研究员和中国科学院成都生物研究所王涛研究员合作题为“Genetic manipulations of TaARE1 boost nitrogen utilization and grain yield in wheat”的研究论文。该研究报道了通过靶向编辑TaARE1基因增强小麦的氮素利用效率和产量。
https://doi.org/10.1016/j.jgg.2021.07.003
氮元素是植物生长发育所必需的一类营养元素，也是制约农作物产量的重要因素。该团队前期研究发现水稻ARE1基因是调控氮素利用效率和产量的关键基因。ARE1基因在植物中高度保守，研究人员推测，对其它作物中ARE1同源基因进行靶向编辑，有望获得氮高效利用材料。该研究利用植物基因组编辑技术，对小麦中ARE1同源基因进行定点编辑，获得了TaARE1基因不同突变形式的系列小麦are1突变材料。研究人员发现，与水稻ARE1基因功能类似，TaARE1基因也参与调控小麦的耐低氮性。为明确are1突变对小麦产量的影响，研究人员连续多年开展田间小区试验。与对照材料科农199相比，are1基因组编辑材料具有明显的晚衰表型，其主穗粒数和氮素利用效率均显著增加。相应地，are1基因组编辑材料的产量显著增加，且在低氮生长条件下的增产效果更明显。该研究表明，靶向编辑ARE1同源基因是改良作物氮素利用效率和产量的有效方法。
小麦are1突变材料增加氮素利用效率和产量。A: 对照材料科农199（KN199）和3份小麦are1突变材料在高氮（HN）和低氮（LN）生长条件下的植株表型。B–D: KN199和3份are1突变材料在高氮和低氮生长条件下的主穗粒数、氮素利用效率（NUE）和单株产量的统计分析。中国科学院遗传与发育生物学研究所博士后郭猛、王青和宗媛为该论文的共同第一作者，左建儒研究员和高彩霞研究员为该论文的共同通讯作者。相关工作得到国家农业农村部和植物基因组学国家重点实验室的资助。中国农业科学院作物科学研究所夏兰琴研究员团队对TaARE1基因的研究得出类似结果，相关论文“Increasing yield potential through manipulating of an ARE1 ortholog related to nitrogen use efficiency in wheat by CRISPR/Cas9”于2021年7月16日在Journal of Integrative Plant Biology (JIPB)在线发表 (https://doi.org/10.1111/jipb.13151)，前往JIPB公众号可查看该文的介绍。
