我国科学家揭示作物主效耐碱基因 可大幅提升盐碱地综合利用水平
03/25
06:43
我国科学家首次发现作物主效耐碱基因AT1，并揭示了其作用机制。大田实验结果证明，利用该基因可显著提升高粱、水稻、小麦、玉米、谷子等作物在盐碱地的产量，有望大幅提升盐碱地综合利用水平。
该研究由中科院遗传发育所谢旗研究员、中国农业大学于菲菲教授、华中农业大学欧阳亦聃教授等领衔的科研团队与多家合作单位共同完成，相关成果24日在学术期刊《科学》和《国家科学评论》发表。
AT1调控的盐碱胁迫响应机制及AT1的改造可以提高多种作物在盐碱地上的产量。（中科院遗传发育所供图）
“世界范围内存在数亿公顷的盐碱地，优质耐盐碱作物品种的培育与推广种植，将有效提升盐碱地产能，对于保障全球粮食安全意义重大。”谢旗介绍，目前，全球在作物耐盐研究方面已取得大量成果和进展，但在作物耐碱机制方面，仍知之甚少。
实验材料的选择是开展研究的关键。据介绍，此前的研究中，由于常用的拟南芥等模式植物起源于非碱地，耐碱遗传信息可能存在缺陷，从而导致相关研究未有突破。对此，本研究采用高粱作为实验材料。“高粱起源于非洲中部贫瘠土地，土壤盐碱大跨度变化的环境促使高粱通过进化形成了高度丰富的耐碱性遗传资源。”谢旗说。
研究团队对高粱遗传资源进行了全基因组大数据关联分析，发现一个主效耐碱基因AT1，该基因与水稻的粒形调控基因GS3同源，团队揭示了作物耐盐碱的分子机制。随后的研究发现，AT1/GS3基因在主要粮食作物水稻、小麦、玉米、谷子中的调控机制也高度类似。
吉林白城，种上AT1/GS3改良过水稻的实验田（航拍图）。（中科院遗传发育所供图）
在理论突破的基础上，团队利用AT1基因对相关作物进行了耐盐碱育种改良并开展大田实验。在宁夏平罗盐碱地，高粱籽粒增产20.1%，谷子增产19.5%；在吉林大安盐碱地，水稻增产22.4%至27.8%；AT1基因也能显著提高玉米在盐碱地的存活率。
《科学》杂志审稿人认为，该研究综合运用了多种前沿生物技术，在多种作物中揭示了耐碱机制的科学问题，是科学界的重大发现，拥有巨大的应用前景。
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