聯(lián)合國糧農(nóng)組織調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截至2015年，全球有超過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%。業(yè)界專家預(yù)測，如果全球20%鹽堿地利用中國科學(xué)家最新破解的主效耐堿基因AT1，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，助力保障全球糧食安全。
中國科學(xué)家完成的這項作物耐堿基因研究重要成果論文，北京時間3月24日分別在國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)和《國家科學(xué)評論》(National Science Review)在線發(fā)表。多位植物(作物)耐逆領(lǐng)域知名專家評價認為，該研究工作綜合多種前沿生物技術(shù)手段及在多種作物中揭示耐鹽堿的重大科學(xué)問題；其遺傳學(xué)機制揭示了植物界基礎(chǔ)科學(xué)重大問題，是科學(xué)重大發(fā)現(xiàn)；該研究涉及多種農(nóng)作物，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重大突破。
成果論文發(fā)表前夕，中國科學(xué)院在北京舉行“揭示作物主效耐堿基因”成果專題新聞發(fā)布會，科普解讀研究成果。 中新社記者 孫自法 攝AT1基因?qū)χ饕Z食作物有效
謝旗研究員代表合作團隊介紹說，鹽堿地分為鹽化土壤和鹽堿化土壤兩種主要類型，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，已取得很多成果，但對于植物(作物)耐堿機制仍了解較少。
此次研究中，合作團隊首先通過全基因組大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析耐鹽堿差異大的高粱資源，發(fā)現(xiàn)一個主效耐堿基因AT1，該基因與水稻的粒形調(diào)控基因GS3同源，并首次揭示出作物高抗鹽堿的分子機制。另外，他們還發(fā)現(xiàn)AT1的調(diào)控機制在主要糧食作物水稻、玉米、小麥及谷子中也很相似。
AT1調(diào)控的鹽堿脅迫響應(yīng)機制及AT1的利用可以提高多種作物在鹽堿地上的產(chǎn)量。 中科院遺傳發(fā)育所 供圖在實現(xiàn)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%。隨后進一步將AT1/GS3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，在吉林大安鹽堿地不同作物年增產(chǎn)約22.4-27.8%，在寧夏平羅鹽堿地谷子增產(chǎn)19.5%。該團隊同時研究發(fā)現(xiàn)，AT1基因的改造也能顯著增強玉米在鹽堿地的存活率。
耐鹽堿甜高粱品種已推廣50多萬畝
謝旗研究員指出，為解決耐堿研究的材料選擇瓶頸問題，本次研究采用起源于非洲中部貧瘠土地的高粱作為實驗材料，土壤鹽堿大跨度變化的環(huán)境，促使高粱通過進化形成高度豐富的耐堿性遺傳資源。
近年來，他領(lǐng)導(dǎo)的研究組以高粱為主要研究材料，已取得系列重大突破，包括在國際上首次揭示鳥選擇性取食不同品種高粱的機理和高粱種子包殼程度的調(diào)控機制，利用基因編輯技術(shù)培育出全球第一個稻花香型高粱新品系。
謝旗透露，這些成果為高粱的分子育種奠定了基礎(chǔ)，其研究組目前已培育6個甜高粱國家登記品種，另有甜高粱及釀酒高粱品系正在審定。其中，所培育的耐鹽堿甜高粱品種在中國東部、北部及西部鹽堿地等貧瘠土地已推廣和種植50多萬畝，為中國脫貧攻堅及鄉(xiāng)村振興做出重要貢獻。
研究團隊航拍一處鹽堿地畫面。 中科院遺傳發(fā)育所 供圖他希望AT1基因研究成果后續(xù)能獲得更廣泛、更大規(guī)模的推廣應(yīng)用，讓更多鹽堿地變成糧倉，更好造福中國和世界。
中科院遺傳發(fā)育所副所長黃勛研究員表示，為進一步構(gòu)建鹽堿地循環(huán)農(nóng)業(yè)新范式，該所20余個團隊依托山東東營基地，圍繞抗鹽堿作物種質(zhì)資源收集、耐鹽分子解析和品種選育、鹽堿地栽培技術(shù)、鹽堿地循環(huán)農(nóng)業(yè)新模式等開展系統(tǒng)性研究工作，未來還將通過多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)，突破鹽堿地綜合利用的重大科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，為保障糧食安全做出新的更大貢獻。(完)
