| 2023年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞 |
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| 我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)耐堿基因可使作物增產(chǎn) |
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AT1 基因利用的高粱在寧夏高鹽堿地生長(zhǎng)
中國(guó)科學(xué)院遺傳發(fā)育所供圖
我國(guó)鹽堿地面積達(dá)1億公頃，占世界鹽堿地總面積的近十分之一，全球氣候變化、淡水缺乏及化肥的大量使用，使可耕土地鹽漬化速度加快。目前，全球在作物耐鹽研究方面已取得大量成果和進(jìn)展，但在作物耐堿機(jī)制方面仍知之甚少。
為了更好地利用鹽堿地資源，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員謝旗科研團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)和院校合作，經(jīng)過(guò)多年研究發(fā)現(xiàn)主效耐堿基因AT1，可以顯著提高高粱、水稻、小麥、玉米、谷子等作物在鹽堿地上的產(chǎn)量，且在改良鹽堿地的綜合利用中具有重大應(yīng)用前景，有望為我國(guó)糧食安全發(fā)揮重要支撐作用。該成果2023年3月24日發(fā)表于《科學(xué)》。
實(shí)驗(yàn)材料的選擇是開(kāi)展研究的關(guān)鍵。此前的研究中，由于常用的擬南芥等模式植物起源于非堿地，耐堿遺傳信息可能存在缺陷，從而導(dǎo)致相關(guān)研究未有突破。對(duì)此，本研究采用高粱作為實(shí)驗(yàn)材料。高粱起源于非洲中部貧瘠土地，土壤鹽堿大跨度變化的環(huán)境促使高粱通過(guò)進(jìn)化形成了高度豐富的耐堿性遺傳資源。
研究團(tuán)隊(duì)對(duì)高粱遺傳資源進(jìn)行了全基因組大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)一個(gè)主效耐堿基因AT1，該基因與水稻的粒形調(diào)控基因GS3同源，揭示了作物耐鹽堿的分子機(jī)制。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，AT1/GS3基因在主要糧食作物水稻、小麥、玉米、谷子中的調(diào)控機(jī)制也高度類似。
在理論突破的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)利用AT1基因?qū)ο嚓P(guān)作物進(jìn)行了耐鹽堿育種改良并開(kāi)展大田試驗(yàn)。在寧夏平羅鹽堿地，高粱籽粒增產(chǎn)20.1%，谷子增產(chǎn)19.5%；在吉林大安鹽堿地，水稻增產(chǎn)22.4%至27.8%；AT1基因也能顯著提高玉米在鹽堿地的存活率。
這項(xiàng)研究成果填補(bǔ)了人們對(duì)植物耐堿機(jī)制認(rèn)識(shí)的不足，為開(kāi)發(fā)適宜鹽堿地種植的作物品種提供了新思路。《科學(xué)》審稿人認(rèn)為，該研究綜合運(yùn)用了多種前沿生物技術(shù)，在多種作物中揭示了耐堿機(jī)制的科學(xué)問(wèn)題，是科學(xué)界的重大發(fā)現(xiàn)，擁有巨大的應(yīng)用前景。■
《科學(xué)新聞》 (科學(xué)新聞2024年2月刊 封面)