中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 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，其中鹽堿化土約占鹽漬化土壤的60%。據(jù)資料顯示，我國鹽堿地面積達近一億公頃。如何讓適合的作物在鹽堿地上增產(chǎn)，成為保障糧食安全的重要研究方向之一。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所謝旗團隊與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)于菲菲團隊、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)歐陽亦聃團隊聯(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)和先正達集團中國十家科研單位合作,以耐鹽堿作物高粱為材料，首次發(fā)現(xiàn)主效耐堿基因AT1及其作用機制。大田實驗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的地產(chǎn)量，在改良鹽堿地綜合利用中具有重大應(yīng)用前景。相關(guān)研究于北京時間2023年3月24日發(fā)表于《科學(xué)》和《國家科學(xué)評論》。

據(jù)介紹，鹽堿地分為鹽化土壤和堿化土壤兩種主要類型，鹽化土壤主要是含有NaCl、Na2SO4等中性鹽，pH值接近中性。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）耐堿機制仍了解較少。

中科院遺傳發(fā)育所謝旗研究員領(lǐng)銜的科研團隊與合作者獨辟蹊徑，首先通過全基因組大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析耐鹽堿差異大的高粱資源，發(fā)現(xiàn)一個主效耐堿基因AT1，該基因與水稻的粒形調(diào)控基因GS3同源。同時利用熒光探針特異性系統(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)）泵到細胞外降低氧化應(yīng)激，首次揭示了作物耐鹽堿的分子機制。另外還發(fā)現(xiàn)AT1的調(diào)控機制在主要糧食作物水稻、小麥、玉米及谷子中也保守。

AT1調(diào)控的鹽堿脅迫響應(yīng)機制及AT1的利用可以提高多種作物在鹽堿地上的產(chǎn)量。

在重大理論突破基礎(chǔ)上，合作團隊對高粱進行耐鹽堿育種改良，在寧夏平羅鹽堿地（pH 9.10）進行的大田實驗表明，AT1基因敲除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%。進一步將AT1/GS3用于改良主要禾本科作物水稻、谷子和玉米等的耐鹽堿性，在吉林大安鹽堿地（pH 9.17）不同年份水稻增產(chǎn)22.4-27.8%，在寧夏平羅鹽堿地（pH 9.10）谷子增產(chǎn)19.5%，同時發(fā)現(xiàn)對該基因的敲除也能顯著增強玉米和小麥在鹽堿地的存活率。

AT1/GS3敲除和自然缺失增強高粱和水稻對鹽堿脅迫的抗性

（A）2022年，寧夏省平羅縣鹽堿地中（鹽含量0.7%，pH 8.5）SbWT和SbAT1^ko的生長表型。

（B）2022年，吉林省大安市鹽堿地中（鹽含量0.26%，pH 9.1）中水稻GS3近等基因系的生長表型。

該研究成果在審稿過程中得到審稿人的高度評價。審稿人表示，“該工作綜合多種優(yōu)化的技術(shù)及在多種植物中揭示耐鹽堿的重大科學(xué)問題?！薄敖沂疽粋€重要的禾本科作物保守的生物學(xué)機制，該遺傳學(xué)機制揭示了植物界基礎(chǔ)科學(xué)重大問題，是科學(xué)界的重大發(fā)現(xiàn)。”“該研究涉及了多種農(nóng)作物，而且工作量巨大；目前關(guān)于重要耐堿的位點未被解析，這個工作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的重大突破?！?/p>

研究團隊表示，AT1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中鹽堿地綜合利用的國家戰(zhàn)略發(fā)揮重要作用。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。