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干旱是制約作物產(chǎn)量的重要環(huán)境脅迫因素。傳統(tǒng)研究聚焦于作物抗旱性，卻對干旱脅迫后恢復(fù)過程關(guān)注不足。作物在干旱緩解后的恢復(fù)能力，對保障糧食安全至關(guān)重要。氮肥作為優(yōu)化植物生長和抗逆性的核心營養(yǎng)元素，其在恢復(fù)階段的作用機制尚未明晰。

近期，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所肖軍研究組，聯(lián)合山東大學(xué)白明義團隊，揭示了硝酸鹽（氮肥）驅(qū)動小麥干旱緩解后恢復(fù)的分子機制。

干旱觸發(fā)脫落酸（ABA）大量積累，啟動氣孔關(guān)閉等“生存模式”。但是，高濃度ABA抑制生長基因表達(dá)，阻礙作物在復(fù)水后向“生長模式”切換，暗示ABA信號適時“關(guān)閉”對恢復(fù)生長較為重要。研究發(fā)現(xiàn)，硝酸鹽在干旱后復(fù)水時發(fā)揮關(guān)鍵作用，通過抑制ABA信號核心激酶TaSnRK2.10-4A的活性，解除其對硝酸鹽信號轉(zhuǎn)錄因子TaNLP7-3A的磷酸化抑制，從而激活下游生長基因表達(dá)。這一發(fā)現(xiàn)破解了植物“抗逆與生長”的拮抗難題，通過旱后復(fù)水時精準(zhǔn)補充硝酸鹽，可協(xié)同提升作物抗逆性與生長效率，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。

進(jìn)一步，研究人員在自然群體中鑒定到TaSnRK2.10-4A基因啟動子區(qū)的關(guān)鍵自然變異：攜帶單倍型Hap-I的品種對氮響應(yīng)敏感，旱后加氮復(fù)水恢復(fù)能力更強，適配灌溉條件良好區(qū)域；Hap-II品種因ABA誘導(dǎo)表達(dá)水平高而抗旱性突出，適合干旱頻發(fā)地區(qū)，同時該變異為區(qū)域化精準(zhǔn)育種提供了分子標(biāo)記。

上述研究闡明了氮素驅(qū)動小麥干旱后恢復(fù)的分子機制，深化了科研人員對植物環(huán)境適應(yīng)智慧的認(rèn)知，為設(shè)計“抗逆-高效”協(xié)同提升的作物新品種提供了關(guān)鍵靶點，有望在保障干旱脅迫下糧食穩(wěn)產(chǎn)的同時，推動資源節(jié)約型農(nóng)業(yè)發(fā)展。

9月5日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-植物》（Nature Plants）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。

論文鏈接

硝酸鹽通過TaSnRK2.10-TaNLP7途徑促進(jìn)小麥干旱后恢復(fù)的工作模型