综述：ARE1 在氮利用效率分子调控中的新兴作用：基因组编辑的机遇

《Plant Physiology Reports》：The emerging role of ARE1 in the molecular regulation of nitrogen use efficiency: opportunities for genome editing

**摘要**全球气候变化、人口不断增长以及可耕地减少对粮食安全和可持续农业构成了重大挑战。为满足全球人口日益增长的需求，到2050年，全球粮食产量必须增加一倍以上。氮是植物生长和产量所必需的重要元素之一，因此充足的氮供应对于实现这一宏大目标至关重要。提高氮利用效率（NUE）在可持续和气候适应性农业中处于核心地位，因为过度使用氮肥已被证明会对土壤健康和环境造成不利影响，并加重经济负担。在这方面，提高作物的氮利用效率是解决这一问题的一种可行方案。过去，人们做了大量努力来解析氮利用效率相关性状的变化，探索了许多负责提高氮利用效率的基因或转录因子（TFs），并研究了它们的分子机制。硝酸盐和铵离子转运体（NRTs和AMTs）以及NLP转录因子等信号成分，主要促进氮的吸收，但在氮限制条件下并不能显著提高产量。吸收后，硝酸盐通过硝酸还原酶和亚硝酸还原酶转化为铵。由此产生的氨随后通过GS/GOGAT或Fd/GOGAT循环进行同化。由于氮利用效率不仅取决于氮的吸收，还取决于其同化、利用和再动员，因此需要在氮限制条件下寻找更好的参与者来提高氮利用效率。最近，对水稻材料的遗传筛选鉴定到一个基因，该基因位于氮吸收的下游，参与氮限制条件下氮的再分配。ARE1（异常细胞分裂素反应1抑制因子1）是一个高度保守的基因，编码一个定位于叶绿体的蛋白，负调控氮的利用和Fd/GOGAT循环，降低氮的同化，使其成为通过基因组编辑改良作物的一个有希望的候选基因。ARE1的功能丧失突变通过维持叶绿体功能、延缓叶片衰老、延长光合作用以及在低氮供应下增加籽粒产量，提高了氮利用效率，且不影响正常植物发育。因此，ARE1不应仅仅被视为一个额外的氮利用效率相关基因，还应作为利用先进基因组编辑和精准育种开发高效氮利用、气候适应性和高产作物的重要分子靶标。在此，我们通过整合现有知识，包括其分子功能、进化保守性、自然变异、基因组编辑，以及ARE1与氮感知、同化、碳代谢和作物改良之间的关系，全面概述了ARE1在氮利用效率调节中的新兴作用。