首次量化 18年攻关 | 这两所“双一流”高校分别取得重大突破

近日，我国两所农林类“双一流”建设高校，在科学研究上取得重大突破。

中国农业大学刘学军团队在全球农业氨排放及其对大气氮沉降影响方面取得重要进展。该研究首次量化了全球主要作物和动物对农业氨排放的贡献，找到了目前农业系统氨的主要排放源，对准确认识全球农业氨污染提供了重要数据支撑。

华中农业大学严建兵教授团队联合中国农业大学科研团队，历经18年研究，发现了一个在玉米和水稻中都存在的关键基因，通过对该基因的编辑改良，有望将玉米、水稻产量分别提高10%、8%左右。

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3月28日，国际著名综合学术期刊《美国科学院院刊》（PNAS, Proceedings of The National Academy of Sciences of the United States of America）发表了中国农业大学资源与环境学院刘学军教授团队与兰州大学等科研院所合作的文章《探索1980年以来全球农业氨排放变化及其对氮沉降的贡献》(Exploring global changes in agricultural ammonia emissions and their contribution to nitrogen deposition since 1980) 。该研究首次量化了全球主要作物和动物对农业氨排放的贡献，找到了目前农业系统氨的主要排放源，对准确认识全球农业氨污染提供了重要数据支撑。

氮肥是农业高产的重要物质基础，氮肥不合理施用引起的氨排放则会引起空气质量下降和大气氮沉降升高带来的环境污染与健康风险。因此，合理施肥减少农业氨排放损失至关重要。然而，在全球农业系统中哪些作物或动物具有高氨排放潜力？农业氨排放如何影响全球氮沉降的时空格局？对这些问题的回答直接关系到全球农业的可持续发展与绿色转型。

针对上述问题，研究团队基于多源地理空间数据（包括农田施肥、畜牧业养殖、遥感活性氮浓度等）和区域统计数据，建立了自下而上的农业氨排放计算方法，开发了全球近四十年（1980-2018年）的长记录农业氨排放数据集。

研究团队基于构建的长时序农业氨排放数据集，驱动了全球大气化学模型GEOS-Chem，系统评估了全球1980年来农业氨排放对氮沉降时空格局的影响。目前，全球大部分国家都尚未对氨排放进行严格管控。该系统性研究成果为认知全球氮沉降的长时间变化具有重要参考价值。

此外，研究表明，未来世界各国如果不加强对氨排放管控，氨态氮在全球氮沉降中将占有更大比重。

中国农业大学资源与环境学院教授刘学军和兰州大学研究员刘磊为论文共同通讯作者，副教授许稳为论文的第二作者。本项研究是农业资源与环境、地理学、大气科学、生态学和环境科学等多学科交叉合作的成功尝试，对认识大气氮沉降的时空格局和农业氨排放的相互关联具有重要学术价值，也有利于推进农业氨管控的全球共识。

文章链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2121998119

华中农业大学严建兵教授团队联合中国农业大学科研团队，历经18年研究，发现了一个在玉米和水稻中都存在的关键基因，通过对该基因的编辑改良，有望将玉米、水稻产量分别提高10%、8%左右。研究同时解析了玉米和水稻趋同选择的遗传规律，为作物驯化的机理解析和未来作物育种奠定了重要理论基础。

《科学》杂志在线发表了华中农业大学严建兵团队联合中国农业大学李建生和杨小红团队的研究论文“Convergent selection of a WD40 protein that enhances grain yield in maize and rice”。

论文在线截图

玉米、水稻和小麦成为迄今驯化最为成功的三大农作物，为人类提供了50%以上的能量摄入。它们在长期的改良和选择过程中发生了什么？是否遵循了共同的遗传规律？中国农业大学和华中农业大学的联合研究团队历经18年，师生三代人持续攻关，从基因和基因组两个层面进行了系统研究。

科研人员从野生玉米资源里新发现了一个基因，能够增加玉米穗行数从而增加单穗籽粒数目和产量，命名为KRN2。同时，在水稻基因组中也鉴定出同源基因OsKRN2。该研究还利用基因编辑技术创制了KRN2和OsKRN2基因功能敲除的新材料，多年多点的田间小区试验表明，玉米KRN2敲除系和水稻OsKRN2敲除系可分别提高10%的玉米产量和8%的水稻产量，并且对其它农艺性状没有明显的负面影响，展现了巨大的应用潜力。

“这个基因以前从来没有发现过，而且它在玉米和水稻中都有，可以说是殊途同归。”华中农大作物遗传改良国家重点实验室、湖北洪山实验室教授严建兵介绍，基因编辑就好比用一把小剪刀把这个基因“剪”一下，以提高产量。

课题组进一步在全基因组水平上，对玉米和水稻趋同选择的范围与机制进行了深入解析，共检测到490对经历了趋同选择的同源基因对。严建兵说，此次发现的KRN2，只是其中一个影响产量的基因，其它受趋同选择的基因中，还蕴藏着很多可用于玉米和水稻遗传改良的“宝藏”，这在宏观上或者说在整个基因组水平上，对作物遗传改良指明了新方向。

作物遗传改良国家重点实验室、湖北洪山实验室严建兵教授和中国农大李建生和杨小红教授，为该论文的共同通讯作者。华中农业大学博士生陈露（现为中科院遗传所博士后），杨宁教授和中国农大博士后陈文康，博士研究生张璇为该论文的共同第一作者，两校团队的多位学生和博士后，以及该校讲座教授David Jackson和杨芳教授，扬州大学陈赛华教授，中国农大孙传清、秦峰和田丰教授，德国马普分子植物生理研究所Alisdair R. Fernie教授等多个实验室共同参与了该项工作。

1. 《人才强校 | 刘学军团队在全球农业氨排放及其对大气氮沉降影响方面取得重要进展》

中国农业大学，来源：

http://news.cau.edu.cn/art/2022/3/31/art_8769_848830.html

2. 《我国科学家18年研究发现关键基因》

湖北日报，来源：

http://news.hzau.edu.cn/2022/0327/62828.shtml

3. 《殊途同归：揭示玉米和水稻趋同选择的奥秘》

华中农业大学，来源：

http://news.hzau.edu.cn/2022/0325/62807.shtml

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