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氮是植物重要的营养元素之一。植物从环境中吸收的无机态氮通过谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合酶循环(glutamine synthetase/ glutamate synthase or glutamine:2-oxoglutarate amidotransferase cycle，GS/GOGAT cycle)同化为有机态氮的谷氨酰胺(Gln)和谷氨酸(Glu)，继而进入各种生物合成途径被有机体利用。其中，GS以Glu和NH4+为底物合成Gln，GOGAT则催化氨基从Gln转移至α-酮戊二酸(2-oxoglutarate，2-OG)生成两分子Glu。由于GOGAT催化的反应需要有机酸2-OG作为底物，因此被认为是植物体内氮同化与碳循环的重要连接点。然而，GOGAT调节碳氮代谢平衡的具体分子机制仍然不是十分清楚。 本研究通过筛选水稻细胞分裂素反应异常突变体，分离并鉴定了一个abnormalcytokinin response1(abc1)突变体。在正常生长条件下，abc1-1突变体对细胞分裂素表现出微弱的不敏感，而缺氮的生长条件可以增强abc1-1突变体对细胞分裂素的不敏感。田间生长的abc1-1突变体具有株高降低、分蘖数减少以及叶绿素含量降低等典型的缺氮症状，而且其光合作用速率以及产量也均显著降低。分子遗传学和生物化学研究证明ABC1基因编码了一个具有生物学活性的依赖铁氧还蛋白的谷氨酸合酶(ferridoxin-dependent glutamate synthase，Fd-GOGAT)。在弱等位突变体abc1-1中Fd-GOGAT的酶活显著降低，而由T-DNA插入导致的强等位突变体abc1-2则具有更严重的缺氮症状并在苗期致死。通过代谢组学分析，我们发现在abc1-1突变体中具有高N/C比的氨基酸含量显著升高，同时三羧酸循环的中间产物也显著积累，表明ABC1基因在调节氮代谢和碳氮平衡中发挥了重要的作用。通过对不同亚洲栽培稻品种中ABC1基因的序列进行分析，我们在ABC1基因的编码区发现了5个非同义的单核苷酸多态性位点(single nucleotide polymorphisms，SNPs)，并根据这5个位点的变异将ABC1基因分为3类，即粳稻品种的ABC1-ja类，大部分（约85％）籼稻品种的ABC1-in类，以及部分（比例3％）籼稻品种携带的ABC1-inV1302A类。另有部分籼稻品种（比例11％）携带ABC1-ja类。通过对普通野生稻群体中ABC1基因的同源序列进行分析，我们发现不同类型的ABC1基因在普通野生稻中的分布比例与其在栽培稻中的分布比例是完全不同的，表明在粳稻和籼稻的演化过程中分别保留了ABC1-ja类和ABC1-in类基因，形成了现代栽培稻中ABC1基因在粳稻和籼稻两个亚种间的分型。