傅向东：绿色革命，叩开人类与作物共同追求的未来之门( 三 )

大家可以试想一下，假如我们能找到一个基因或者一种新的机制，让植物在减肥的条件下，仍然能获得在高肥条件一样多的穗粒素和分蘖数，是不是就能够突破绿色革命的弊端？换句话说，我们新一代绿色革命的品种会长成什么样子呢？
首先第一点，要突破产量三要素的制约，也就是说在减肥的条件下，我们仍然能获得较多的分蘖数和穗粒数；第二，仍然要维持半矮化的特性，来提高作物的抗倒能力；第三，我们需要提高收获指数，来提升单位面积土地的产出效益，实现高效高产。
怎么样才能找到符合我们需求的基因？大家都知道，水稻经过长期训化，形成了适合不同肥力土壤种植的品种，又意味着在这些材料里面蕴藏着非常丰富的自然变异，就有可能隐藏着我们所需要的那些关键基因。
我们团队带着这样的一个思想理念，把全世界收集的3000多份材料，通过大田实验，看它的生长情况，找到了那么几个矮杆的品种，在低肥的条件下，仍然能够具有更多的穗粒数和更多的分蘖数。
我们利用选出来的不敏感的材料，通过十多年的努力和攻关，终于找到了一个水稻的高产和（氮肥）高效的基因dep1 。
研究发现， dep1具有“一因多效” 。在植物的营养生长时期，它的功能是一个植物抑制因子，这一点和绿色革命基因sd1非常相似，它能够抑制茎杆生长，导致植物半矮化，来提高植物的抗倒伏能力；但是到了营养生殖时期，它的功能变了，它成了一个生长的促进因子，它能够提高茎间细胞的活性，来增加水稻的分蘖和增加水稻的穗粒数实现了增产。
我们在减肥20%的大田实验中，看到对照植物的叶片变黄了，而我们含有dep1的改良品种，仍然是郁郁葱葱的，说明它有更高的光合作用，也获得了更高的产量。
水稻也和我们人一样，非常聪明，它能够感知土壤氮素水平的变化。当土壤肥力不足的时候，水稻的分蘖芽会休眠，产生较少的分蘖数；但植物感知到土壤肥力比较充足的时候，这种休眠会被打破，能够促进分蘖数增加。
假如我们知道了这种响应机制，我们就有可能寻找到我们梦寐以求的高效高产基因，所以我们团队就筛选了1000多份材料，我们利用诱变群体，终于找到了一个既对氮肥不敏感，也对赤霉素不敏感的一个突变体NGR5 。
它有什么特点？你再给多的肥，它仍然不变了。所以说它是植物感知和响应氮肥的一个非常重要的环节出了问题，所以我们就把这个基因给克隆出来，发现这个基因本身就是一个氮响应基因，为什么呢？
植物它能够感知变化，氮肥能够增加基因的表达量，而通过表观遗传调控来促进分蘖数的增加；
而赤霉素信号DELLA蛋白，它能够增加蛋白的活性，打破穗粒数和分蘖数的制约关系，最终增加水稻的分蘖能力，这也是为什么绿色革命品种能够增产的原因。
我们把优异的等位基因导入到现在的高产品种中，改良后的品种，在每公顷施120公斤氮肥所获的产量，与每公顷施210公斤氮的对照品种，所获的产量一样，这就告诉我们这个基因能够给我们带来减肥增效的效果，我们可以通过改造水稻的株型来实现我们高效高产的一个育种目标。