我國科學(xué)家揭示作物主效耐堿基因 可大幅提升鹽堿地綜合利用水平

我國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)作物主效耐堿基因AT1，并揭示了其作用機(jī)制。大田實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，利用該基因可顯著提升高粱、水稻、小麥、玉米、谷子等作物在鹽堿地的產(chǎn)量，有望大幅提升鹽堿地綜合利用水平。

該研究由中科院遺傳發(fā)育所謝旗研究員、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)于菲菲教授、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)歐陽亦聃教授等領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)與多家合作單位共同完成，相關(guān)成果24日在學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》和《國家科學(xué)評(píng)論》發(fā)表。

AT1調(diào)控的鹽堿脅迫響應(yīng)機(jī)制及AT1的改造可以提高多種作物在鹽堿地上的產(chǎn)量。（中科院遺傳發(fā)育所供圖）

“世界范圍內(nèi)存在數(shù)億公頃的鹽堿地，優(yōu)質(zhì)耐鹽堿作物品種的培育與推廣種植，將有效提升鹽堿地產(chǎn)能，對(duì)于保障全球糧食安全意義重大?！敝x旗介紹，目前，全球在作物耐鹽研究方面已取得大量成果和進(jìn)展，但在作物耐堿機(jī)制方面，仍知之甚少。

實(shí)驗(yàn)材料的選擇是開展研究的關(guān)鍵。據(jù)介紹，此前的研究中，由于常用的擬南芥等模式植物起源于非堿地，耐堿遺傳信息可能存在缺陷，從而導(dǎo)致相關(guān)研究未有突破。對(duì)此，本研究采用高粱作為實(shí)驗(yàn)材料。“高粱起源于非洲中部貧瘠土地，土壤鹽堿大跨度變化的環(huán)境促使高粱通過進(jìn)化形成了高度豐富的耐堿性遺傳資源?！敝x旗說。

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)高粱遺傳資源進(jìn)行了全基因組大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)一個(gè)主效耐堿基因AT1，該基因與水稻的粒形調(diào)控基因GS3同源，團(tuán)隊(duì)揭示了作物耐鹽堿的分子機(jī)制。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，AT1/GS3基因在主要糧食作物水稻、小麥、玉米、谷子中的調(diào)控機(jī)制也高度類似。

吉林白城，種上AT1/GS3改良過水稻的實(shí)驗(yàn)田（航拍圖）。（中科院遺傳發(fā)育所供圖）

在理論突破的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)利用AT1基因?qū)ο嚓P(guān)作物進(jìn)行了耐鹽堿育種改良并開展大田實(shí)驗(yàn)。在寧夏平羅鹽堿地，高粱籽粒增產(chǎn)20.1%，谷子增產(chǎn)19.5%；在吉林大安鹽堿地，水稻增產(chǎn)22.4%至27.8%；AT1基因也能顯著提高玉米在鹽堿地的存活率。

《科學(xué)》雜志審稿人認(rèn)為，該研究綜合運(yùn)用了多種前沿生物技術(shù)，在多種作物中揭示了耐堿機(jī)制的科學(xué)問題，是科學(xué)界的重大發(fā)現(xiàn)，擁有巨大的應(yīng)用前景。（記者張泉、宋晨）