科學(xué)家揭示作物主效耐堿基因有望讓鹽堿地變良田

來源：光明日報時間：2023-03-25 11:34:51

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本報北京3月24日電（記者齊芳）鹽堿地變良田，這是人類千百年的夢。如今，我國科學(xué)家的最新成果讓人類朝這個目標(biāo)更進(jìn)一步——他們以耐鹽堿作物高粱為材料，首次發(fā)現(xiàn)主效耐堿基因AT1及其作用機(jī)制。大田實(shí)驗(yàn)證明，該基因可顯著提升高粱、水稻、小麥、玉米和谷子等作物在鹽堿地的產(chǎn)量，在改良鹽堿地綜合利用中具有重大應(yīng)用前景，有望極大提升我國糧食產(chǎn)量。

這項(xiàng)成果是中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所謝旗團(tuán)隊(duì)與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)于菲菲團(tuán)隊(duì)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)歐陽亦聃團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國科學(xué)院生物物理研究所、中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所、寧夏大學(xué)、揚(yáng)州大學(xué)、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院、山東大學(xué)和先正達(dá)集團(tuán)合作完成的，研究成果發(fā)表在北京時間3月24日出版的國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》和《國家科學(xué)評論》上。

聯(lián)合國糧農(nóng)組織調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截止到2015年，全球超過10億公頃鹽漬化土壤因鹽堿程度過高而不能被有效利用，其中堿地約占鹽漬化土壤的60%。研究者預(yù)測，如果全球20%鹽堿地利用該基因，可每年為全球增產(chǎn)至少2.5億噸糧食，從而提高鹽堿地產(chǎn)能。目前全球在植物耐鹽研究方面方法較成熟且研究力量集中，已取得了很多成果，但對于植物（作物）耐堿機(jī)制仍了解較少。

這項(xiàng)研究的牽頭人之一、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所謝旗研究員介紹，在實(shí)驗(yàn)上，研究團(tuán)隊(duì)取得了兩項(xiàng)突破：第一，采用混合堿穩(wěn)定的pH體系，解決了過去實(shí)驗(yàn)中土壤pH值變化大且不穩(wěn)定導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)重復(fù)難度高的問題；第二，采用了起源于非洲中部貧瘠土地的高粱作為實(shí)驗(yàn)材料，解決了過去以模式植物擬南芥為材料，研究結(jié)果和生產(chǎn)實(shí)踐有差距的缺陷。

謝旗說：“我們首先通過全基因組關(guān)聯(lián)分析耐鹽堿差異大的高粱資源，鑒定出很多可能具備抗鹽堿能力的基因，發(fā)現(xiàn)其中的主效耐堿基因AT1，與水稻的粒形調(diào)控基因GS3同源。同時利用特異性熒光探針系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)在高鹽堿脅迫中，AT1通過調(diào)控水通道蛋白的磷酸化來調(diào)節(jié)在逆境情況下水通道蛋白的活性，并將逆境導(dǎo)致產(chǎn)生的ROS（活性氧物質(zhì)）泵到細(xì)胞外降低過氧化應(yīng)激，首次揭示了作物耐鹽堿的分子機(jī)制。另外還發(fā)現(xiàn)AT1的調(diào)控機(jī)制在主要糧食作物水稻、玉米、小麥及谷子中也能發(fā)揮相似功能?！?/p>

農(nóng)業(yè)研究的目標(biāo)在應(yīng)用——合作團(tuán)隊(duì)對高粱進(jìn)行耐鹽堿育種改良，在寧夏平羅鹽堿地進(jìn)行的大田實(shí)驗(yàn)表明，AT1基因的利用能夠使高粱籽粒增產(chǎn)20.1%，全株生物量（青貯用）增加近30.5%。進(jìn)一步將AT1基因用于改善主要禾本科作物水稻、小麥、谷子和玉米等的耐鹽堿性，在吉林大安鹽堿地水稻年增產(chǎn)約22.4%~27.8%，在寧夏平羅鹽堿地谷子增產(chǎn)近19.5%，同時發(fā)現(xiàn)該基因的改造也能顯著增強(qiáng)玉米在鹽堿地的存活率。

中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所陳受宜研究員，中國工程院院士、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所萬建民研究員，中國科學(xué)院院士、中科院植物研究所種康研究員，南方科技大學(xué)朱健康教授等，都對這項(xiàng)成果給予高度評價，認(rèn)為其不僅在基礎(chǔ)理論上取得重大突破，還有極其重要的應(yīng)用前景，有望在支撐鹽堿地綜合利用、保障國家糧食安全方面發(fā)揮重要作用。

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