近日，我院许为钢院士团队在国际知名学术期刊Nature Communications（2026 IF =18.1）上发表了题为“An elite allele TaNPF7.6-A1^mod enhances nitrogen use efficiency and grain yield in wheat”的研究长文。研究人员通过候选基因关联分析结合全基因组关联分析，成功挖掘出小麦氮高效利用关键调控基因TaNPF7.6-A1，并揭示了其调控氮效率（NUE）的分子机制。该成果为培育氮高效小麦新品种提供了重要的基因资源和理论基础。

氮素是小麦生长发育的必需元素，提高小麦氮效率（NUE）是降低生产成本、减少农业面源污染的重要途径。河南省农科院小麦分子育种团队经过多年攻关，以单位面积地上部及籽粒的氮素积累量为表型，通过候选基因关联分析，挖掘了一批NPF家族优异等位基因，并解析了这些优异等位基因在不同NUE小麦品种中的聚合特征。结果表明，氮高效小麦品种伴随着多个NPF基因的优异等位变异聚合。其中，以氮高效小麦品种郑麦1860表现尤为突出，其聚合NPF基因的优异等位变异数量多和比例高，进一步支持了氮高效相关优异等位基因聚合对增强NUE的积极作用（图1）。

图1  不同NUE小麦品种中NPF等位型的分布情况

结合全基因组关联分析（GWAS），进一步确定了一个正调控NUE的关键候选基因TaNPF7.6-A1，发现该基因编码区存在一个广泛保守的多态性位点，产生了TaNPF7.6-A1^mod和TaNPF7.6-A1^lan两种等位型。研究发现，TaNPF7.6-A1^mod等位基因具有更高的转录水平和硝酸盐转运活性，能够显著提升小麦的氮素利用效率。在不同氮水平的水培和田间条件下，提高TaNPF7.6-A1^mod的表达水平均能显著提升小麦的氮效率和籽粒产量。分子生物学证据揭示了TaEIL3-TaJAZ1-TaNPF7.6-A1调控小麦氮高效利用的分子通路。发现TaNPF7.6-A1^mod与TaJAZ1蛋白的互作强度高于TaNPF7.6-A1^lan，能够将定位于细胞核的TaJAZ1更多地滞留于细胞质中。TaJAZ1通过与TaEIL3互作，抑制TaEIL3对TaNPF7.6-A1^mod启动子的结合，从而影响等位基因的表达水平，最终导致氮效率的表型差异（图2）。这一机制的阐明，为通过分子设计育种精准改良小麦氮效率开辟了新路径。研究还发现，TaNPF7.6-A1^mod等位基因在全球范围内呈现出显著的地理分布聚集特征，在小麦育种过程中持续受到正向选择。该基因的优势等位型实现了高转录水平与高转运蛋白活性的双重功能优化，展现出育种应用潜力。

图2  TaEIL3-TaJAZ1-TaNPF7.6-A1模块调控小麦氮素利用率的分子机制研究

我院许为钢院士、齐学礼研究员为该论文的通讯作者。该项工作是在河南省农业科学院完成，许为钢院士指导的河南农业大学联培博士生江迪、我院彭超军副研究员为本论文的共同第一作者。相关工作还得到了中国农业科学院作物科学研究所夏兰琴研究员，中国科学院遗传与发育生物学研究所童依平研究员，华中农业大学章元明教授，河南大学周云教授，河南农业大学王道文研究员和郑宏远研究员提供的帮助和指导。该研究获得国家重点研发计划（2022YFD1200204）、河南省科技攻关项目（262102111135）、河南省科技研发计划联合基金（222301420025、232301420027）、神农种业实验室“一流课题”（SN01-2022-01）、国家现代农业产业技术体系专项（CARS-03）以及河南省重大科技专项（231100110100）等项目的资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-76836-2