記者從中國科學(xué)院獲悉，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所科研團隊與中國科學(xué)院生物物理研究所、中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位合作，以耐鹽堿作物高粱為材料首次發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物耐堿基因AT1及其作用機制。大田實驗證明該基因可顯著提升高粱、水稻、谷子和玉米等耐鹽堿作物種質(zhì)產(chǎn)量，在改良鹽堿地綜合利用中具有重大應(yīng)用前景。

       

       相關(guān)研究成果于北京時間2023年3月24日凌晨3點發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

       

       聯(lián)合國糧農(nóng)組織調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截止到2015年，全球超過10億公頃鹽漬化土壤因鹽堿程度過高而不能被有效利用，其中鹽堿化土約占鹽漬化土壤的60%。如果能將這部分土地利用起來，全球糧食產(chǎn)量將有望大幅度提升。

       

       據(jù)專家介紹，鹽堿地分為鹽化土壤和鹽堿化土壤兩種主要類型，鹽化土壤主要是含有NaCl、Na2SO4等中性鹽，pH值接近中性。目前全球在植物耐鹽研究方面方法較成熟且研究力量集中，已取得了很多成果，但對于植物（作物）耐堿機制仍了解較少。

       

       針對這個難題，研究團隊獨辟蹊徑，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，發(fā)現(xiàn)了主效耐堿基因AT1，該基因與水稻的粒形調(diào)控基因GS3同源。首次揭示了高等生物高抗鹽堿的分子機制，并發(fā)現(xiàn)AT1的調(diào)控機制在主要糧食作物水稻、玉米及小作物谷子中也高度類似。

       

       在重大理論突破基礎(chǔ)上，合作團隊對高粱進行耐鹽堿育種改良，在寧夏平羅鹽堿地（pH 9.10）進行的大田實驗表明，AT1基因的利用能夠使高粱籽粒增產(chǎn)20.1%，全株生物量（青貯用）增加近30.5%。進一步將AT1基因用于改善主要禾本科作物水稻、谷子和玉米等的耐鹽堿性，在吉林大安鹽堿地（pH 9.17）不同作物年增產(chǎn)約24.1-27.8%，在寧夏平羅鹽堿地（pH 9.10）谷子增產(chǎn)近19.5%，同時發(fā)現(xiàn)該基因的修飾也能顯著增強玉米在鹽堿地的存活率。

       

       研究人員預(yù)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(chǎn)至少2.5億噸糧食，從而提高鹽堿地產(chǎn)能。

       

       中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所副所長黃勛表示，該成果是面向我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的重大需求，從基礎(chǔ)研究著手解決實際問題的典型案例。