速读：中国科学家首揭作物主效耐碱基因 可大幅增强作物耐盐碱性并提高产量

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国际在线报道（记者 朱宛玲）盐碱地分布广泛，是全球农业可持续发展的重要制约因素之一。加强盐碱地的改良利用，有利于提升世界粮食安全。北京时间今天（3月24日）凌晨3点，国际顶级学术期刊《科学》杂志上线了中国科学家的一项最新研究成果。该研究发现了影响高粱、水稻等粮食作物耐盐碱性的关键基因及其发生作用的机制。这一发现可以帮助人们显著提升高粱、水稻、玉米和谷子等作物的耐盐碱性，具有重大应用前景。

中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗团队与中国农业大学于菲菲团队、华中农业大学欧阳亦聃团队联合十家单位合作，以耐盐碱作物高粱为材料，首次发现主效耐碱基因AT1及其作用机制。

“高粱起源于非洲中部，这个地方正好是盐、碱非常高的一个地方。”中科院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员介绍说，由于常用的拟南芥等模式植物起源非碱地，适应性进化耐碱遗传信息可能存在缺陷，导致相关研究未有突破，因此本研究采用了起源于非洲中部贫瘠土地的高粱作为实验材料。此外，研究团队还采用了能提供稳定的ＰH体系的混合碱，避免了过去处理过程中ＰH值变化大且不稳定导致实验重复难度高的问题。谢旗说：“以前研究者只用碳酸氢钠或者只用碳酸钠，他们做了很多实验都重复不了，就很难把碱做下去。所以我们用混合碱，重复性很好。”

通过全基因组大数据关联分析耐盐碱差异大的高粱资源，研究团队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。研究发现，在高盐碱胁迫中，AT1通过调控水通道蛋白的磷酸化来调节在逆境情况下水通道蛋白的活性，并将逆境导致产生的活性氧物质（ROS）泵到细胞外降低过氧化应激，首次揭示了作物耐盐碱的分子机制。此外，研究团队和合作者还发现AT1的调控机制在主要粮食作物水稻、玉米及谷子中也发挥作用。谢旗介绍说：“我们也在谷子中做了证实，在水稻中也做了，在玉米中做了。在整个真核生物中是第一次揭示了水通道蛋白可以把ROS泵到体外，我们还在动物细胞中也做了相对的证实。”

在理论突破基础上，合作团队对高粱进行耐盐碱育种改良，在宁夏平罗、吉林大安盐碱地进行的大田实验表明，这个新发现的主效耐碱基因的利用能够改善高粱、水稻等的耐盐碱性。论文第一作者之一的张会丽介绍说：“AT1基因的利用能够使高粱籽粒增产将近20%左右，全株的生物量能够提高增加近30%。把水稻在大安盐碱地布局实验，我们做了两年，水稻籽粒的增产大概是在22.4%到27.8%。”

我国的盐碱地面积居世界第三，占全球盐碱地面积约十分之一。研究团队表示，AT1基因在提高作物耐盐碱性方面有巨大的应用前景，有望为支撑我国国家粮食安全中盐碱地综合利用的国家战略发挥重要作用。

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