當(dāng)前聚焦：中國科學(xué)家首揭作物主效耐堿基因 可大幅增強(qiáng)作物耐鹽堿性并提高產(chǎn)量

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國際在線報道（記者 朱宛玲）鹽堿地分布廣泛，是全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素之一。加強(qiáng)鹽堿地的改良利用，有利于提升世界糧食安全。北京時間今天（3月24日）凌晨3點，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志上線了中國科學(xué)家的一項最新研究成果。該研究發(fā)現(xiàn)了影響高粱、水稻等糧食作物耐鹽堿性的關(guān)鍵基因及其發(fā)生作用的機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)可以幫助人們顯著提升高粱、水稻、玉米和谷子等作物的耐鹽堿性，具有重大應(yīng)用前景。

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所謝旗團(tuán)隊與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)于菲菲團(tuán)隊、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)歐陽亦聃團(tuán)隊聯(lián)合十家單位合作，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(jī)制。

“高粱起源于非洲中部，這個地方正好是鹽、堿非常高的一個地方?！敝锌圃哼z傳與發(fā)育生物學(xué)研究所謝旗研究員介紹說，由于常用的擬南芥等模式植物起源非堿地，適應(yīng)性進(jìn)化耐堿遺傳信息可能存在缺陷，導(dǎo)致相關(guān)研究未有突破，因此本研究采用了起源于非洲中部貧瘠土地的高粱作為實驗材料。此外，研究團(tuán)隊還采用了能提供穩(wěn)定的ＰH體系的混合堿，避免了過去處理過程中ＰH值變化大且不穩(wěn)定導(dǎo)致實驗重復(fù)難度高的問題。謝旗說：“以前研究者只用碳酸氫鈉或者只用碳酸鈉，他們做了很多實驗都重復(fù)不了，就很難把堿做下去。所以我們用混合堿，重復(fù)性很好?！?/p>

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，研究團(tuán)隊發(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。研究發(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)生的活性氧物質(zhì)（ROS）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。此外，研究團(tuán)隊和合作者還發(fā)現(xiàn)AT1的調(diào)控機(jī)制在主要糧食作物水稻、玉米及谷子中也發(fā)揮作用。謝旗介紹說：“我們也在谷子中做了證實，在水稻中也做了，在玉米中做了。在整個真核生物中是第一次揭示了水通道蛋白可以把ROS泵到體外，我們還在動物細(xì)胞中也做了相對的證實?！?/p>

在理論突破基礎(chǔ)上，合作團(tuán)隊對高粱進(jìn)行耐鹽堿育種改良，在寧夏平羅、吉林大安鹽堿地進(jìn)行的大田實驗表明，這個新發(fā)現(xiàn)的主效耐堿基因的利用能夠改善高粱、水稻等的耐鹽堿性。論文第一作者之一的張會麗介紹說：“AT1基因的利用能夠使高粱籽粒增產(chǎn)將近20%左右，全株的生物量能夠提高增加近30%。把水稻在大安鹽堿地布局實驗，我們做了兩年，水稻籽粒的增產(chǎn)大概是在22.4%到27.8%?！?/p>

我國的鹽堿地面積居世界第三，占全球鹽堿地面積約十分之一。研究團(tuán)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。

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