中國科學院遺傳與發育生物學研究所謝旗團隊與中國農業大學于菲菲團隊、華中農業大學歐陽亦聃團隊聯合十家科研單位合作，找到了作物耐鹽堿的“密碼”。他們發現了作物的主效控堿基因AT1及其作用機制。

更重要的是，鹽堿地實驗證明，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量。該研究成果3月24日發表于《科學》和《國家科學評論》。

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圖片由中科院遺傳發育所提供

從高粱入手揭開耐堿奧秘

通過對高粱進行全基因組大數據關聯分析，研究人員很快就發現一個主效調控耐堿的基因AT1，與水稻的粒形調控基因GS3同源。同時，利用特異性熒光探針系統，研究人員首次揭示了作物高抗鹽堿的分子機制。

他們發現，在高鹽堿環境中，AT1基因通過調控水通道蛋白的磷酸化來調節水通道蛋白的活性，并將多余的ROS（活性氧物質）排到細胞外，以降低作物的氧化應激反應。

另外，研究人員還發現AT1在主要糧食作物水稻、玉米、小麥及谷子的調控機制，也與高粱相似。

田間實驗增產效果顯著

在重大理論突破的基礎上，合作團隊也進行了大田試驗。在寧夏平羅鹽堿地的實驗結果表明，AT1基因的利用能夠使高粱籽粒增產20.1%，全株生物量增加近30.5%。

同時，研究人員進一步將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22.4%—27.8%，在寧夏平羅鹽堿地谷子增產近19.5%。研究人員發現，敲除該基因也能顯著增強玉米在鹽堿地的存活率。

研究人員預測，如果全球20%的鹽堿地種植AT1基因改良的作物，可每年為全球增產至少2.5億噸糧食，從而提高鹽堿地產能。該基因在提高作物耐鹽堿性方面有巨大的應用前景，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略發揮重要作用。

科技日報記者陸成寬