现代农业生产的可持续发展与农作物营养利用效率的改良紧密相关。氮素作为植物生长发育所必需的大量营养元素之一，对农作物产量的影响至关重要。植物氮素利用效率(nitrogen use efficiency，NUE)受遗传因子和环境因素及其互作调控，是影响农业生产可持续发展的重要因素之一，对其深入研究具有重要的理论意义和应用价值。水稻作为一类重要的粮食作物，为全世界近一半以上人口提供主食。目前，水稻中调控氮素利用效率的基因已有报道，但继续挖掘新的有效调控基因刻不容缓。　　我们前期的研究工作发现，水稻ABNORMAL CYTOKININ RESPONSE1(AB C1)基因编码一个催化氮素同化过程的铁氧还蛋白依赖的谷氨酸合酶(Fd-GOGAT)，该基因突变造成水稻植株矮化、叶片黄化、分蘖数降低等表型。为了解析氮代谢通路的遗传调控网络及其分子机制，我们筛选了abc1repressors(are)突变体。本研究对其中的are1突变体进行了系统深入分析。在水稻的整个生长发育周期，are1突变体能够部分恢复abc1-1突变体因氮素同化异常造成的生长发育缺陷表型，表明ARE1基因是调控氮代谢的一个关键基因。与野生型相比，are1突变体在生长发育前期并无明显差异表型，但进入抽穗期后具有明显的晚衰表型。氮代谢相关标志基因检测与氮饥饿处理实验结果均表明，are1突变体对低氮胁迫具有较高的抗性。连续三年田间试验表明，在低氮生长条件下，are1近等基因系(near-isogenic line，NILare1)的氮素吸收效率和氮素利用效率较野生型株系(NILARE1)提高，并导致NILare1的产量比NILARE1显著增加。　　图位克隆与遗传互补结果表明，ARE1基因编码一个叶绿体定位、功能未知的膜蛋白。ARE1基因在不同物种中高度保守。Real-time PCR与ARE1p∷GUS转基因植物组织染色结果均表明，ARE1基因主要在水稻叶片和叶鞘等绿色器官或组织中表达，且其表达被光照显著抑制。转录组测序结果表明，受are1突变影响最大的生物学过程是光合作用，are1突变体中编码光合电子传递复合体PSⅡ的众多核心亚基基因上调表达，暗示ARE1可能是光合作用的一个负调控因子。我们发现，are1突变显著增加水稻内源NADP(H)含量，外源施加NADPH部分恢复abc1-1突变体氮素同化异常表型，而通过RNA干涉方法降低内源NADPH含量能够部分抑制abc1-1are1-1双突变体表型，表明ARE1基因可能通过调控光合还原势而调控植物氮素利用效率。ARE1基因昼夜表达模式受生物钟调控，其白天表达量较低而晚上表达量较高，属于一个傍晚节律基因(evening clock gene)。are1突变增强氮素同化过程及光呼吸途径相关标志基因的昼夜振动幅度，暗示ARE1基因生物节律表达模式可能参与偶联调控水稻碳氮代谢。　　通过比对2,747份亚洲栽培稻基因组中ARE1基因全长序列，我们发现ARE1基因启动子区存在两个多核苷酸插入缺失多态性(insertion-deletion polymorphisms，InDels)片段，其在一组亚洲栽培稻核心种质资源不同遗传材料中的分布频率存在明显分化。在约20％检测的籼稻品种中含有不同亚类的InDels，而在绝大部分粳稻中不含有InDels，且该InDels与ARE1基因表达量呈显著负相关，暗示ARE1基因可能是水稻育种过程中被选择过的一个位点。进一步分析表明，在低氮条件下生长的超级杂交稻两优培九重组自交系(recombinant inbred lines，RILs)中，ARE1基因表达量与水稻株高及产量呈负相关。与此相吻合，转基因研究表明，下调ARE1基因表达增加水稻产量，而过量表达ARE1基因显著降低水稻产量，表明ARE1基因负调控水稻产量。　　我们的研究结果表明，ARE1是调控水稻氮素利用效率的关键基因，为揭示氮营养调控的分子遗传基础提供了新线索，并为水稻氮营养高效的遗传改良提供了有应用价值的遗传资源。