氮素是增进作物增产的最要害因素之一。据统计，全球每年施用氮肥凌驾1.2亿吨，其中我国氮肥用量占全球氮肥总产量的35%，但氮肥使用率却远低于全球20%-30%。氮肥大宗施用不但增添农业生产本钱，更导致土壤酸化、水体富营养化等情形问题。

已有研究批注，作物中某些基因控制着氮素使用效率，但这些基因怎样施展作用、对作物有何影响等机制尚不清晰，而这关于作物改良、提高氮素使用率至关主要。

克日，中科院遗传与发育生物学研究所白洋课题组与储成才课题组相助展现了水稻要害因子“NRT1.1B”通过调控水稻根系微生物组，从而改变根际微情形，进而影响水稻籼粳亚种间的氮肥使用效率。相关效果揭晓于《自然-生物手艺》。

根系微生物与水稻的“相助”

水稻是天下上最主要的粮食作物之一，天下上约90%的水稻在亚洲莳植消耗。亚洲莳植稻分为粳稻与籼稻两个主要亚种，它们在形态、发育与心理等方面都体现出差别的特征。

此前，储成才课题组研究发明，水稻中基因NRT1.1B的自然变异导致了籼稻比粳稻具有更高的氮肥使用能力。

“NRT1.1B编码一个硝酸盐转运卵白，同时也是植物氮的感受器，它可以调控硝酸盐的吸收、转运和同化等各个环节，籼稻和粳稻NRT1.1B具有一个氨基酸的差别，从而导致其具有差别的氮肥使用效率。”储成才说。

在自然情形中，宿主植物与根系微生物群的协调是植物生长的要害。植物根系为微生物栖息繁衍提供一个“家”，同时微生物又“陪同”植物的整个生命周期，资助其吸收营养、对抗外敌以及顺应差别的胁迫情形。

土壤中的氮主要以硝酸盐、铵和有机氮的形式保存，而土壤中的微生物群落可以代谢差别形式的氮，这可能影响植物根系吸收氮的效率。

“根系微生物群落及其相互关系就是根系微生物组，已往限于手艺手段，对水稻根系微生物组与植物互作的研究很少。”白洋告诉《中国科学报》，事实上，不但是水稻，其他植物和根系微生物组之间互作关系研究现在还较量空缺，多形貌性研究，缺少原理性机制的证实。

“水稻根系微生物是否影响水稻生长
？我们并不知道。”白洋说，他们希望熟悉水稻籼粳亚种根系微生物群变异与特定植物性状之间的关系，并确定引起根系微生物群变异的要害基因。这将对相识水稻根系微情形与水稻生长间的关系有主要意义。

“司令”NRT1.1B招募“精兵强菌”

为了使研究与现实水稻生长更靠近，研究职员首先作了两年多的田间实验。

研究职员在实验田的两个差别区域划分莳植了68个籼稻和27个粳稻品种并网络根系微生物，发明籼稻和粳稻根系微生物的组成保存显着差别，且籼稻根系富集的微生物组的多样性显着高于粳稻，而根系富集微生物组差别特征可作为区分籼粳稻的生物标记。

“一最先，我们并不知道是基因NRT1.1B单独影响氮使用，照旧该基因改变根系微生物群后影响氮使用率。”白洋说，经剖析发明，根系微生物群影响着水稻氮使用，且氮循环相关的微生物类群在水稻生长后期富集，“这体现着可能是某些基因在调控它，关联剖析证实NRT1.1B基因及其在籼粳稻中的自然变异显著影响了水稻根系微生物组组成。”

NRT1.1B基因像一个“司令”，招募大宗的氮循环功效强盛的“精兵强菌”集结在水稻根系周围，包管水稻生长在一个活跃的氮转化情形中，从而体现出高效的氮肥使用效率。

研究还发明，与粳稻相比，籼稻根系富集更多与氮循环相关的微生物类群，这也可能是导致籼稻氮肥使用效率高于粳稻的主要缘故原由之一。

建设天下首个水稻根系细菌资源库

在田间实验发明纪律后，研究职员并未止步，而是进一步证实了这一纪律。

他们使用高通量微生物疏散作育和判断系统，乐成疏散作育了水稻根系70%的细菌种类，建设了天下上首个系统的水稻根系细菌资源库。

“在实验室的细腻实验批注，NRT1.1B基因简直能调控许多菌群，确实能资助水稻来使用土壤中的有机氮，证实了籼稻与粳稻氮肥使用效率的差别与根系微生物组有关。”白洋说。

植物的根系微生物和动物的肠道微生物的功效有异曲同工之妙，在营养吸收使用、抗病抗逆能力等均具有主要作用。储成才告诉《中国科学报》，“这一事情启示了作物品种的精准设计除了要思量植物自己的改良,还要思量情形微生物的互作影响，这大大地拓展了育种思绪。”

白洋体现，现在全天下在植物根系微生物组与植物氮高效的研究还处于空缺，中国已经先行了一步，“不过，这只是很是起源的探索，好比根系微生物除了与植物氮使用相关，是否与其他历程相关
？植物怎样调控细菌使其成为益生菌
？以及NRT1.1B基因怎样导致根系微生物组的改变
？等还需要更多的研究。”

相关论文信息：DOI:10.1038/s41587-019-0104-4