本文的主要作者包括Vikash Kumar、Lellapalli Rithesh、Nikhil Raghuwanshi、Abhishek Kumar和Kshitij Parmar，他们分别来自印度的GLA大学、喀拉拉农业大学、Deen Dayal Upadhyaya Gorakhpur大学、Maharishi Markandeshwar大学和Amity大学。该论文于2024年5月4日在线发表在《South African Journal of Botany》第169卷，页码为486-498。
本文的主题是提高谷物作物的氮利用效率（Nitrogen Use Efficiency, NUE）。随着全球人口的快速增长，粮食安全和环境保护成为全球关注的焦点。谷物作物（如水稻、小麦等）在全球粮食供应中占据重要地位，而氮肥的过度使用不仅导致氮利用效率低下，还对环境、土壤和人类健康产生了负面影响。因此，如何通过遗传改良和管理策略提高作物的氮利用效率，成为当前农业研究的重要方向。
本文综述了氮在植物中的作用、氮的同化和运输机制，以及通过遗传改良提高谷物作物氮利用效率的新方法。文章还探讨了如何通过植物系统生物学的遗传见解，减少对化肥的依赖，同时保持作物产量。
氮是植物生长和发育的关键元素，参与了蛋白质、氨基酸、叶绿素等生物分子的合成。氮的同化和运输过程直接影响植物的生长、生物量和产量。文章详细介绍了氮在植物生命周期中的动态变化，特别是在谷物作物的籽粒灌浆阶段，氮从营养器官向生殖器官的转运对籽粒产量和品质至关重要。
植物通过根系从土壤中吸收氮，主要以硝酸盐（NO₃⁻）和铵盐（NH₄⁺）的形式存在。文章详细讨论了植物中氮的同化和运输机制，特别是硝酸盐和铵盐的转运蛋白（如NRT和AMT家族）在氮吸收和分配中的作用。这些转运蛋白的调控机制对提高氮利用效率具有重要意义。
文章重点介绍了通过遗传改良提高作物氮利用效率的策略。通过转基因技术、基因编辑（如CRISPR/Cas9）和分子育种技术，研究人员已经成功提高了水稻、小麦等作物的氮利用效率。例如，过表达硝酸盐转运蛋白基因（如OsNRT1.1b）可以显著提高水稻的氮利用效率和籽粒产量。
氮信号通路在植物氮吸收和同化过程中起着关键作用。文章讨论了氮信号通路中的关键调控因子，如转录因子（GRF4、TCP20等）和信号肽（CEP、CLE等），这些因子通过调控根系结构和氮吸收效率，影响作物的氮利用效率。
在谷物作物的籽粒灌浆阶段，氮从营养器官向籽粒的再分配是提高氮利用效率的关键过程。文章指出，氮的再分配效率受多种因素影响，包括品种、土壤氮素供应和环境条件。通过调控氮的再分配过程，可以显著提高作物的氮利用效率和籽粒产量。
文章还探讨了转基因技术在提高作物氮利用效率中的应用。通过引入或修饰与氮代谢相关的基因（如GS、GOGAT等），研究人员已经成功提高了水稻、小麦和玉米等作物的氮利用效率。例如，过表达谷氨酰胺合成酶基因（GS1）可以显著提高作物的氮同化效率和籽粒产量。
本文的综述为农业科学家和育种专家提供了关于如何通过遗传改良和管理策略提高作物氮利用效率的全面视角。通过结合分子生物学、遗传学和农艺学的多学科方法，本文为未来农业的可持续发展提供了重要的理论依据和实践指导。
文章最后展望了未来在提高作物氮利用效率方面的研究方向，包括利用合成生物学和精准农业技术，进一步优化氮的管理和利用。随着气候变化和全球粮食需求的增加，提高作物氮利用效率将成为未来农业研究的重要方向。
本文通过综述氮在植物中的作用、氮的同化和运输机制，以及通过遗传改良提高作物氮利用效率的策略，为农业科学家和育种专家提供了重要的理论依据和实践指导。通过结合分子生物学、遗传学和农艺学的多学科方法，本文为未来农业的可持续发展提供了重要的参考。