我國科學家首次發現作物主效耐鹼基因AT1，並揭示了其作用機制。大田實驗結果證明，利用該基因可顯著提升高粱、水稻、小麥、玉米、穀子等作物在鹽鹼地的產量，有望大幅提升鹽鹼地綜合利用水平。
該研究由中科院遺傳發育所謝旗研究員、中國農業大學於菲菲教授、華中農業大學歐陽亦聃教授等領銜的科研團隊與多家合作單位共同完成，相關成果24日在學術期刊《科學》和《國家科學評論》發表。
AT1調控的鹽鹼脅迫響應機制及AT1的改造可以提高多種作物在鹽鹼地上的產量。（中科院遺傳發育所供圖）
「世界範圍內存在數億公頃的鹽鹼地，優質耐鹽鹼作物品種的培育與推廣種植，將有效提升鹽鹼地產能，對於保障全球糧食安全意義重大。」謝旗介紹，目前，全球在作物耐鹽研究方面已取得大量成果和進展，但在作物耐鹼機制方面，仍知之甚少。
實驗材料的選擇是開展研究的關鍵。據介紹，此前的研究中，由於常用的擬南芥等模式植物起源於非鹼地，耐鹼遺傳信息可能存在缺陷，從而導致相關研究未有突破。對此，本研究採用高粱作為實驗材料。「高粱起源於非洲中部貧瘠土地，土壤鹽鹼大跨度變化的環境促使高粱通過進化形成了高度豐富的耐鹼性遺傳資源。」謝旗說。
研究團隊對高粱遺傳資源進行了全基因組大數據關聯分析，發現一個主效耐鹼基因AT1，該基因與水稻的粒形調控基因GS3同源，團隊揭示了作物耐鹽鹼的分子機制。隨後的研究發現，AT1/GS3基因在主要糧食作物水稻、小麥、玉米、穀子中的調控機制也高度類似。
吉林白城，種上AT1/GS3改良過水稻的實驗田（航拍圖）。（中科院遺傳發育所供圖）
在理論突破的基礎上，團隊利用AT1基因對相關作物進行了耐鹽鹼育種改良並開展大田實驗。在寧夏平羅鹽鹼地，高粱籽粒增產20.1%，穀子增產19.5%；在吉林大安鹽鹼地，水稻增產22.4%至27.8%；AT1基因也能顯著提高玉米在鹽鹼地的存活率。
《科學》雜誌審稿人認為，該研究綜合運用了多種前沿生物技術，在多種作物中揭示了耐鹼機制的科學問題，是科學界的重大發現，擁有巨大的應用前景。（記者張泉、宋晨）