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)合十家科研單位合作，找到了作物耐鹽堿的“密碼”。他們發(fā)現(xiàn)了作物的主效控堿基因AT1及其作用機(jī)制。

更重要的是，鹽堿地實(shí)驗(yàn)證明，敲除該基因可顯著提升高粱、水稻、玉米、小麥和谷子等作物在鹽堿地的產(chǎn)量。該研究成果3月24日發(fā)表于《科學(xué)》和《國家科學(xué)評論》。

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圖片由中科院遺傳發(fā)育所提供

從高粱入手揭開耐堿奧秘

通過對高粱進(jìn)行全基因組大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，研究人員很快就發(fā)現(xiàn)一個(gè)主效調(diào)控耐堿的基因AT1，與水稻的粒形調(diào)控基因GS3同源。同時(shí)，利用特異性熒光探針系統(tǒng)，研究人員首次揭示了作物高抗鹽堿的分子機(jī)制。

他們發(fā)現(xiàn)，在高鹽堿環(huán)境中，AT1基因通過調(diào)控水通道蛋白的磷酸化來調(diào)節(jié)水通道蛋白的活性，并將多余的ROS（活性氧物質(zhì)）排到細(xì)胞外，以降低作物的氧化應(yīng)激反應(yīng)。

另外，研究人員還發(fā)現(xiàn)AT1在主要糧食作物水稻、玉米、小麥及谷子的調(diào)控機(jī)制，也與高粱相似。

田間實(shí)驗(yàn)增產(chǎn)效果顯著

在重大理論突破的基礎(chǔ)上，合作團(tuán)隊(duì)也進(jìn)行了大田試驗(yàn)。在寧夏平羅鹽堿地的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AT1基因的利用能夠使高粱籽粒增產(chǎn)20.1%，全株生物量增加近30.5%。

同時(shí)，研究人員進(jìn)一步將AT1基因用于改善水稻、谷子和玉米等作物的耐鹽堿性，在吉林大安鹽堿地，水稻不同年份增產(chǎn)22.4%—27.8%，在寧夏平羅鹽堿地谷子增產(chǎn)近19.5%。研究人員發(fā)現(xiàn)，敲除該基因也能顯著增強(qiáng)玉米在鹽堿地的存活率。

研究人員預(yù)測，如果全球20%的鹽堿地種植AT1基因改良的作物，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。該基因在提高作物耐鹽堿性方面有巨大的應(yīng)用前景，有望為支撐我國國家糧食安全及鹽堿地綜合利用的國家戰(zhàn)略發(fā)揮重要作用。

科技日報(bào)記者陸成寬