水稻氮高效利用关键调控因子OsNLP6的基因组关联研究及其分子机制解析

这篇研究通过全基因组关联分析（GWAS）鉴定到水稻氮高效利用（NUE）关键转录因子OsNLP6，揭示其通过激活硝酸盐转运蛋白基因OsPTR2.4的表达，显著提升水稻氮吸收效率（NUpE）和产量。研究发现OsNLP6HapII优势单倍型主要存在于东南亚籼稻亚群，为分子设计育种提供了重要靶点。

　　

关键调控因子的发现

通过两年田间试验对255份水稻种质进行全基因组关联分析（GWAS），在低氮（LN）和高氮（HN）条件下检测到6个稳定数量性状位点（QTL）。其中位于2号染色体的qNUE1区间内，OsNLP6（Os02g0136000）在低氮胁迫下表达显著诱导，其两种单倍型（HapI/HapII）在有效穗数（EPN）性状上呈现显著差异。

分子功能解析

OsNLP6编码具有RWP-RK结构域的NIN-like蛋白（NLP）转录因子，定位于细胞核并显示转录激活活性。RNA-seq分析发现OsNLP6直接调控硝酸盐转运蛋白基因OsPTR2.4的表达。酵母单杂交（Y1H）和染色质免疫沉淀（ChIP-qPCR）证实OsNLP6通过结合OsPTR2.4启动子的硝酸盐响应元件（NRE）激活其转录。

表型验证

在粳稻品种东农427背景下，OsNLP6过表达株系在低氮条件下单株产量提升34.23%-35.29%，氮吸收效率（NUpE）显著提高；而敲除株系则出现相反表型。同位素示踪实验证实OsNLP6特异性促进¹⁵NO₃^-吸收，对铵态氮无显著影响。

关键下游靶点

OsPTR2.4作为OsNLP6的直接下游靶点，其过表达株系表现出与OsNLP6过表达类似的表型。双敲除实验（OsNLP6-KO/OsPTR2.4-KO）显示二者位于同一遗传通路，共同调控硝酸盐吸收转运。

优势单倍型应用

OsNLP6^HapII单倍型在东南亚籼稻中富集，将其导入粳稻品种东富114后，在多个氮水平下产量提升5.84%-15.35%。群体遗传分析显示该位点在籼稻亚群受到强烈选择，π值显著降低。

农业应用价值

该研究构建了OsNLP6-OsPTR2.4分子模块，为水稻氮高效分子设计育种提供了新策略。通过标记辅助选择将OsNLP6^HapII导入粳稻，有望实现减氮增产的可持续农业发展目标。