科学家揭示作物主效耐碱基因

  本报北京3月24日电（记者齐芳）盐碱地变良田，这是人类千百年的梦。如今，我国科学家的最新成果让人类朝这个目标更进一步——他们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。大田实验证明，该基因可显著提升高粱、水稻、小麦、玉米和谷子等作物在盐碱地的产量，在改良盐碱地综合利用中具有重大应用前景，有望极大提升我国粮食产量。

  这项成果是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，联合中国科学院生物物理研究所、中国科学院东北地理与农业生态研究所、宁夏大学、扬州大学、北京大学现代农业研究院、山东大学和先正达集团合作完成的，研究成果发表在北京时间3月24日出版的国际学术期刊《科学》和《国家科学评论》上。

  联合国粮农组织调查数据显示，截止到2015年，全球超过10亿公顷盐渍化土壤因盐碱程度过高而不能被有效利用，其中碱地约占盐渍化土壤的60%。研究者预测，如果全球20%盐碱地利用该基因，可每年为全球增产至少2.5亿吨粮食，从而提高盐碱地产能。目前全球在植物耐盐研究方面方法较成熟且研究力量集中，已取得了很多成果，但对于植物（作物）耐碱机制仍了解较少。

  这项研究的牵头人之一、中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员介绍，在实验上，研究团队取得了两项突破：第一，采用混合碱稳定的pH体系，解决了过去实验中土壤pH值变化大且不稳定导致实验重复难度高的问题；第二，采用了起源于非洲中部贫瘠土地的高粱作为实验材料，解决了过去以模式植物拟南芥为材料，研究结果和生产实践有差距的缺陷。

  谢旗说：“我们首先通过全基因组关联分析耐盐碱差异大的高粱资源，鉴定出很多可能具备抗盐碱能力的基因，发现其中的主效耐碱基因AT1，与水稻的粒形调控基因GS3同源。同时利用特异性荧光探针系统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ROS（活性氧物质）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。另外还发现AT1的调控机制在主要粮食作物水稻、玉米、小麦及谷子中也能发挥相似功能。”

  农业研究的目标在应用——合作团队对高粱进行耐盐碱育种改良，在宁夏平罗盐碱地进行的大田实验表明，AT1基因的利用能够使高粱籽粒增产20.1%，全株生物量（青贮用）增加近30.5%。进一步将AT1基因用于改善主要禾本科作物水稻、小麦、谷子和玉米等的耐盐碱性，在吉林大安盐碱地水稻年增产约22.4%~27.8%，在宁夏平罗盐碱地谷子增产近19.5%，同时发现该基因的改造也能显著增强玉米在盐碱地的存活率。

  中国科学院遗传发育所陈受宜研究员，中国工程院院士、中国农业科学院作物科学研究所万建民研究员，中国科学院院士、中科院植物研究所种康研究员，南方科技大学朱健康教授等，都对这项成果给予高度评价，认为其不仅在基础理论上取得重大突破，还有极其重要的应用前景，有望在支撑盐碱地综合利用、保障国家粮食安全方面发挥重要作用。