近日，中国农业科学院作物科学研究所创新团队利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，定点敲除小麦品种“郑麦7698”中的 TaARE1 基因，获得了具有高产和氮高效利用潜力的小麦新种质，为培育资源高效利用小麦品种提供了新途径，对于减少氮肥施用量，增加小麦产量，确保粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。相关研究成果发表在《植物学报（Journal of Integrative Plant Biology）》上。
据夏兰琴研究员介绍，农业实践中主要依靠大量施用氮肥提高小麦产量，满足人类不断增长的粮食需求。小麦“绿色革命”后，耐高肥和抗倒伏的半矮秆品种的广泛种植虽然大幅度提高了小麦产量，但长期过度使用氮肥不仅提高了种植成本，也产生了环境污染和生态恶化等负面影响。目前普遍存在品种氮素利用效率低的问题，大多数小麦品种对氮肥的利用效率不足40%。因此，提高氮素利用效率对小麦生产可持续发展至关重要。
目前，利用基因编辑技术编辑氮素同化相关基因，提高小麦氮素利用效率的研究还未见报道。该研究从冬小麦品种“郑麦7698”中分离鉴定出水稻 ARE1 同源基因。 ARE1 是一个重要的氮素同化途径的负调控因子。水稻中 ARE1 的功能缺失型突变体可以延缓植株衰老并可在氮素有限的条件下提高水稻产量。进一步通过CRISPR/Cas9技术靶向编辑 TaARE1 基因，经过后代分离，成功获得了系列无转基因小麦 taare1 突变体。在缺氮和不同供氮条件下的水培试验中，不同突变株系的根皮层细胞体积显著增大，细胞数量增加。研究还发现，与野生型对照相比，在氮饥饿条件下，不同的突变株系中参与氮素吸收、运输和同化的关键基因均被不同程度的诱导。田间试验结果表明，在同等种植条件下，与野生型对照相比，所有突变体的植株衰老明显延缓，粒长和千粒重均有明显增加。
该研究得到了中国农科院农科英才“领军人才”特支计划等项目的资助。(通讯员 卫斐)
