Natural variation in BRN1 enhances nitrogen sensitivity to improve rice nitrogen use efficiency

农学 种质资源 栽培 生物 生物量(生态学) 穗 粮食产量 调节器 等位基因 发起人 基因 氮气 渗入 转录因子 生物技术 水稻 生产力 产量(工程) 特质 化学 分子育种 硝酸盐 多年生植物 渗透压 抑制因子 肥料 突变体 禾本科 氮气循环 藤条 拟南芥 限制
作者
Huwei Sun,Yake Chen,Yibo Hu,Hanyun Wang,Wenjun Zhu,Yuqing Liu,Ningning Ren,Bin Hu,Chengcai Chu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-026-76279-9
摘要

Green Revolution rice varieties deliver high yields but require excessive nitrogen (N) fertilizer and show diminished N responsiveness, severely reducing nitrogen-use efficiency (NUE). To dissect the molecular basis of low N sensitivity in modern cultivars, we conducted a genome-wide association study (GWAS) for biomass response to N (BRN), a trait tightly linked to N sensitivity, using a diverse rice germplasm panel. We identified BRN1 as a key regulator of N-dependent biomass accumulation that regulates NLP3, a master transcription factor governing nitrate signaling. Under elevated N supply, the strigolactone signaling repressor D53 accumulates substantially and interacts with BRN1 to repress NLP3 transcription, thereby reducing rice N response. Notably, the high-response BRN1H allele encodes a more stable protein that alleviates D53-mediated suppression. Introgression of this allele into modern cultivars significantly enhanced N sensitivity and grain yield under both low and high N conditions. Our findings establish a D53-BRN1-NLP3 regulatory module controlling rice NUE, providing a target for rice breeding to sustain high productivity with improved resource sustainability. Here the authors show that BRN1 is a core gene modulating nitrogen-dependent growth in rice. They identify favorable BRN1 alleles that can improves rice nitrogen use efficiency and grain yield and are potentially valuable for low-nitrogen rice breeding.
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