东北农业大学在顶级期刊上发表研究论文

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近日，东北农业大学农学院和智慧农场技术与系统全国重点实验室陈庆山教授团队辛大伟/王锦辉课题组在顶级期刊《Advanced Science》上发表题为“Natural variation ofNAR5 determines nitrogenase activity and the yield in soybean”的研究论文。王锦辉副教授、辛大伟教授、陈庆山教授及刘春燕教授担任论文通讯作者；东北农业大学农学院博士生马超、硕士研究生赵寒雨、已毕业硕士冯豪杰（现就职于黑龙江省农业科学院）以及博士生董旭伦为论文共同第一作者。
该研究克隆了调控大豆根瘤固氮酶活性的主效关键基因NAR5，解析了NAR5通过抑制根瘤衰老正向调控共生固氮效率的分子机制，明确了其启动子区自然变异是决定大豆固氮能力的遗传基础。
该研究以东北大豆主产区309份种质资源为材料，结合147份重组自交系群体的QTL定位，在大豆5号染色体上鉴定到一个调控固氮酶活性的关键基因，命名为NAR5。
单倍型分析表明，NAR5在自然群体中形成两大主要单倍型类群。携带NAR5HapI的材料固氮酶活性显著高于NAR5 HapII类群。功能验证证实，编码区氨基酸变异不影响蛋白功能与亚细胞定位，而启动子区的自然多态性是决定NAR5表达差异、进而调控固氮酶活性差异的遗传基础。过表达NAR5可显著提升固氮酶活性、豆血红蛋白含量。
基于3240份大豆种质资源的群体遗传学分析揭示优异单倍型NAR5HapI-1（高固氮酶活性、高百粒重）在野生大豆至现代改良品种的驯化进程比例增加。自第一个杂交大豆品种东农4号育成以来，NAR5HapI-1基因型的占比已由建国初期的约60%，升至2000年后育成品种中的近95%，东农42、中黄13、东农豆252等高产主栽品种均携带此单倍型，表明其在大豆高产育种中受到强烈正向选择。地理分布显示，NAR5单倍型分布与土壤氮含量显著关联，优异单倍型富集增强了大豆的低氮适应性。
2024，2025年连续两季田间试验表明，常规施氮条件下，NAR5过表达株系小区产量较野生型提升12.65%。减氮30%条件下，增产幅度更为突出，苗期生长势、百粒重及单株产量均显著优于对照。