上海
撰文丨王聰
編輯丨王多魚
排版丨水成文
植物中氮（N）缺乏所導致的根-冠比增加（地下根系發達，地上部分受限），本質上是一種適應性變化，但對農業而言并非最佳，揭示調控這種發育可塑性的機制，有助于提高作物產量，同時減少肥料使用。
2026 年 2 月 26 日，南京農業大學李姍教授團隊聯合中國科學院遺傳與發育生物學研究所傅向東院士及牛津大學吉喆博士（南京農業大學博士研究生沈成波、牛津大學吉喆博士、南京農業大學鐘山青年研究員焦武博士為論文共同第一作者），在國際頂尖學術期刊 Science 上發表了題為：
OsWRI1acoordinates systemic growth responses to nitrogen availability in rice 的研究論文。
該研究發現，OsWRI1a是協調水稻根系和莖生長以響應外部氮供應的調控樞紐，從而穩定根-冠比。在根系，OsWRI1a 通過促進生長素積累來增強氮響應性發育，同時，莖部的 OsWRI1a 刺激分蘗發育，從而促進莖生長。研究團隊還鑒定出了一種優良的 天然
OsWRI1a單倍型，其在氮缺乏條件下能最大程度地減少根-冠比的波動，提高氮利用效率和谷物產量。
這項研究揭示了協調氮響應性生長分配的中樞機制，為“減肥增效”型水稻育種提供了重要的理論創新與基因資源，為可持續農業提供了新思路。
植物進化出了優化資源分配的能力，使其能夠在營養物質供應波動的環境中適應性生長。氮（N）是一種決定生長和生產力的重要宏量元素。因此，當外部氮水平發生變化時，植物會經歷深刻的發育重編程。在氮缺乏的情況下，大多數植物會將生物量重新分配到根部以增強養分搜尋能力，而在氮供應充足時，資源則會重新分配到地上部分以促進地上生長。
在水稻中，氮限制通過破壞氨基酸轉移酶DNR1的穩定性，導致根部生長素積累，從而促進根系發育。相反，氮含量升高會增加地上部分NGR5的豐度，從而激活多個地上分枝基因的表達，促進分蘗。然而，協調根系和地上部分發育的氮響應重編程機制，在很大程度上仍不清楚。
在氮素限制條件下，根-冠生物量比（root-to-shoot biomass ratio）的增加，對農業而言是不利的，因為根系過度生長會促進地下競爭，而地上部分生長受限則會降低谷物產量。在氮素供應變化的情況下保持穩定的根-冠比，既能維持產量，又能減少對環境不可持續的化肥投入的依賴。
為了確定協調氮素響應發育重編程的分子參與者，研究團隊進行了突變體篩選，并克隆了 LOC_Os11g03540，該基因對應于種子油生物合成調節基因
OsWRI1a
oswri1a突變體在高氮和低氮供應條件下均表現出相似的根-冠生物量比，且碳再分配未發生改變。該研究進一步揭示了 OsWRI1a 協調氮素響應發育的機制，并評估了其作為作物改良遺傳靶點的潛力。
具體來說，研究團隊發現，OsWRI1a 通過共同和獨特的機制來調控地上部分和根系的發育。在莖葉部分，OsWRI1a 作為轉錄因子發揮作用，直接促進
NGR5的表達，從而增強分蘗。在根系中，OsWRI1a 上調多個參與氮代謝的基因，從而提高氮素利用效率 （NUE） 。根系中的 OsWRI1a 擾亂了 DNR1 與 F-box 蛋白 RNR10 之間的相互作用，RNR10 單泛素化 DNR1 以抑制其降解。RNR10 還介導 OsWRI1a 自身的多泛素化和降解。OsWRI1a 含量升高會破壞 DNR1 的穩定性，促進生長素積累，從而增強根系發育。相反，RNR10 在分蘗芽中未檢測到對 OsWRI1a 降解的顯著作用，這表明 OsWRI1a 穩定性存在組織特異性調控。這些發現表明， OsWRI1a 作為一個調控樞紐，將兩個先前獨立的機制聯系起來，協調氮響應的根系和莖葉發育。
最后，研究團隊鑒定出一個在秈稻品種中占主導地位的
OsWRI1a單倍型，其能提高 OsWRI1a 的含量。將該等位基因通過基因工程手段導入粳稻品種中，顯著提高了氮素利用效率和谷物產量。
OsWRI1a 介導氮響應根系和分蘗生長的協調
基于上述發現，研究團隊得出結論——氮素響應的 OsWRI1a 通過轉錄激活與分蘗和氮素代謝相關的基因，并通過破壞根部生長素積累的 RNR10-DNR1 負調控模塊，從而整合根和莖的發育調控。導入一種能提高其豐度的優良天然
OsWRI1a單倍型，使植物在氮素限制條件下能夠維持穩定的根-冠比，并提高谷物產量 ， 顛覆了“低氮必抑冠層”的傳統觀點，表明了 OsWRI1a 是可持續作物改良的一個有前景的目標。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeb8384
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