原文以Variation in a single allele drives divergent yield responses to elevated CO2 between rice subspecies 為標(biāo)題發(fā)表在Nature Communications（IF=14.7）上

作者 | Yunlong Liu、Siyu Zhang等

DNR1通過調(diào)控生長素影響對NO??的同化，最終決定不同水稻亞種在eCO?條件下的產(chǎn)量出現(xiàn)差異：秈稻受益更大，粳稻反應(yīng)較弱。這可能成為未來水稻育種改良的重要方向。

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)

• DNR1是生長素（Auxin）合成的負(fù)調(diào)控因子，其序列在秈稻和粳稻之間存在變異。

• 秈稻DNR1 變體降低了DNR1 mRNA 和蛋白豐度，導(dǎo)致生長素積累增加。

• 生長素的提升進(jìn)一步激活了與NO??（硝態(tài)氮）吸收及下游NO?? 同化酶相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄。

• 這一機(jī)制提高了秈稻的氮利用效率（NUE），最終促進(jìn)了產(chǎn)量增長。

• 在eCO? 條件下，秈稻品種YD6（揚(yáng)稻 6）在生物量、氮吸收和產(chǎn)量增幅方面均顯著高于粳稻品種ZH11（中華11）。

• 這些結(jié)果表明，DNR1變異可能是導(dǎo)致秈稻和粳稻對eCO? 響應(yīng)差異的關(guān)鍵分子機(jī)制。

研究意義

• 本研究揭示了DNR1 變異如何影響秈稻在高CO? 條件下的生長及氮利用效率，為秈稻比粳稻對CO? 施肥效應(yīng)更敏感提供了分子機(jī)制解釋。

• 該發(fā)現(xiàn)為培育高氮利用效率、高產(chǎn)、適應(yīng)氣候變化的水稻品種提供了潛在的分子育種靶點(diǎn)，尤其是在 全球CO? 濃度持續(xù)上升的背景下。

LI-6800便攜式光合熒光測量系統(tǒng)在本研究中的作用

• 目標(biāo)參數(shù)：

• 凈光合速率 (A)

• 氣孔導(dǎo)度(gs)

• 
  

• 光照強(qiáng)度變化梯度：

• 1800、1500、1200、1000、800、600、400、200、100、50、0（單位μmol m?2 s?1）

  
  

• 測量時間：

• 上午8:30 – 11:30

  
  

• 環(huán)境條件控制：

• 溫度：35°C

• 相對濕度：60%

• CO? 濃度設(shè)置：

• 大氣CO? 處理 ：400ppm

• 升高CO? 處理 ：550ppm

  
  

• 測量技術(shù)：

• 使用RACiR（Rapid A-Ci Response）技術(shù)快速測定CO? 響應(yīng)曲線

  
  

• CO? 梯度：

• 初始CO? 濃度：50ppm

• 最終CO? 濃度：1200ppm

• CO? 遞增速率：300ppm/min

  
  

• 環(huán)境條件控制：

• 光照強(qiáng)度：1800μmol m?2 s?1（光飽和狀態(tài)）

• 溫度：35°C

• 相對濕度：60%

  
  

• A-Ci 曲線數(shù)據(jù)分析：

• 
  

• 計算最大羧化速率(Vcmax)

• 計算最大電子傳遞速率(Jmax)

  計算基于FvCB光合模型

1. LI-6800的快速A-Ci曲線測量技術(shù)（RACiR）能顯著提高實(shí)驗(yàn)效率

2. 傳統(tǒng)A-Ci 曲線測定需要30~60 分鐘，而RACiR 可在2-5 分鐘內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集，從而顯著提高了測量效率。

2. 精確分析水稻光合生理特性

3. 通過光響應(yīng)和CO? 響應(yīng)曲線測量，深入研究水稻品種對光照和 CO? 濃度變化的適應(yīng)性，為水稻光合生理特性分析提供精確數(shù)據(jù)。

5. 揭示eCO? 對水稻光合性能的影響

6. 比較秈稻和粳稻在eCO? 條件下的Vcmax、Jmax變化，揭示不同品種對氣候變化的響應(yīng)機(jī)制，從而為水稻育種和氣候變化適應(yīng)性研究提供理論依據(jù)。

原文中的主要數(shù)據(jù)圖