東北農業大學在頂級期刊上發表研究論文

近日，東北農業大學農學院和智慧農場技術與系統全國重點實驗室陳慶山教授團隊辛大偉/王錦輝課題組在頂級期刊《Advanced Science》上發表題為“Natural variation ofNAR5 determines nitrogenase activity and the yield in soybean”的研究論文。王錦輝副教授、辛大偉教授、陳慶山教授及劉春燕教授擔任論文通訊作者；東北農業大學農學院博士生馬超、碩士研究生趙寒雨、已畢業碩士馮豪杰（現就職于黑龍江省農業科學院）以及博士生董旭倫為論文共同第一作者。

該研究克隆了調控大豆根瘤固氮酶活性的主效關鍵基因NAR5，解析了NAR5通過抑制根瘤衰老正向調控共生固氮效率的分子機制，明確了其啟動子區自然變異是決定大豆固氮能力的遺傳基礎。

該研究以東北大豆主產區309份種質資源為材料，結合147份重組自交系群體的QTL定位，在大豆5號染色體上鑒定到一個調控固氮酶活性的關鍵基因，命名為NAR5。

單倍型分析表明，NAR5在自然群體中形成兩大主要單倍型類群。攜帶NAR5HapI的材料固氮酶活性顯著高于NAR5 HapII類群。功能驗證證實，編碼區氨基酸變異不影響蛋白功能與亞細胞定位，而啟動子區的自然多態性是決定NAR5表達差異、進而調控固氮酶活性差異的遺傳基礎。過表達NAR5可顯著提升固氮酶活性、豆血紅蛋白含量。

基于3240份大豆種質資源的群體遺傳學分析揭示優異單倍型NAR5HapI-1（高固氮酶活性、高百粒重）在野生大豆至現代改良品種的馴化進程比例增加。自第一個雜交大豆品種東農4號育成以來，NAR5HapI-1基因型的占比已由建國初期的約60%，升至2000年后育成品種中的近95%，東農42、中黃13、東農豆252等高產主栽品種均攜帶此單倍型，表明其在大豆高產育種中受到強烈正向選擇。地理分布顯示，NAR5單倍型分布與土壤氮含量顯著關聯，優異單倍型富集增強了大豆的低氮適應性。

2024，2025年連續兩季田間試驗表明，常規施氮條件下，NAR5過表達株系小區產量較野生型提升12.65%。減氮30%條件下，增產幅度更為突出，苗期生長勢、百粒重及單株產量均顯著優于對照。