北京时间2023年3月24日清晨3点，国际顶尖学术期刊《科学》和《国家科学谈论》宣布了一项我国科学家带来的严重打破。我国科学院遗传与发育生物学研讨所谢旗团队与我国农业大学于菲菲团队、华中农业大学欧阳亦聃团队联合10家科研单位，以耐盐碱作物高粱为资料，在国际上初次发现主效控碱基因AT1及其效果机制。大田实验证明，相关育种技能可显着进步高粱、水稻小麦玉米和谷子等作物在盐碱地上的产值，在改进盐碱地综合使用中具有严重使用远景。

  全球盐碱地约有10亿公顷。“咱们的相关研讨效果悉数申请了专利，具有自主知识产权。假如全球10亿公顷盐碱地里有20%选用该技能，每年就可为全球增产至少2.5亿吨粮食。”论文通讯作者、中科院遗传发育所谢旗研讨员说。

  甜！是谢旗对高粱的初形象。他在江苏南通的村庄长大，儿时物资匮乏，盐碱地里的甜高粱秆儿成了他解馋的糖块。成年后走上科研路途，他跟盐碱地里的高粱结下了不解之缘。

  有一次，一批高粱实验种子播到田里后，简直悉数萌生失利。小组成员看着荒芜的地步较为懊丧，谢旗却为地步中心一排细细的小苗而激动——其时田间气温只要12摄氏度，如此低温还能萌生的高粱种类，可否开发到更靠北的土地上？深入研讨下去，他们公然发现了耐寒的高粱新种类，让甜高粱的栽培规模拓宽到了齐齐哈尔、赤峰等地。

  到现在，谢旗团队共培养了6个甜高粱国家挂号种类，其他的还有甜高粱及粒用高粱品系正在审定之中。团队所培养的耐盐碱甜高粱种类在我国东部、北部及西部盐碱等瘠薄土地已推行和栽培了50多万亩，为我国脱贫攻坚及村庄复兴作出了奉献。

  高粱是优异的抗逆前锋作物，能在各种晦气环境中生长，抗旱、抗涝、耐盐碱、耐瘠薄。2015年，谢旗开端了对高粱耐碱机理的基因层面研讨。

  全球10亿公顷盐碱地中，约四成为中性的盐地，约六成为碱性的碱地。碱地中，除了含盐还含碱性的碳酸钠和碳酸氢钠，条件比中性盐地更为恶劣。研讨植物怎么耐盐的论文多，已发布逾越2万篇；研讨植物怎么耐碱的论文则很少，才400多篇。

  谢旗挑选的研讨方向，既是开辟空白，契合根底研讨的原创需求，又是知难而进，契合使用研讨的市场需求。完结这个开创性的研讨，也需求开创性的巧思。

  植物选取有巧思：常用的拟南芥等形式植物起源于非碱地，归于甜土植物，用它们做耐碱研讨，有几率存在耐碱基因的先天不足。谢旗团队选用了起源于非洲中部瘠薄土地的高粱作为实验资料，打破了耐碱研讨的资料挑选瓶颈。

  土壤调制有巧思：盐碱化土壤首要由碳酸钠或碳酸氢钠等引起，曩昔的研讨办法首要使用二者之一来调理实验体系碱度进行实验，处理过程中酸碱度改变大且不安稳，导致实验重复难度高。谢旗团队选用特定份额的混合碱，获得了安稳的土壤酸碱度，实验更简略重复验证。

  高粱具有的基因数量逾越3.7万个，从中选取耐碱基因，可谓“难如登天”。科研团队别出心裁，首要经过全基因组大数据相关剖析耐盐碱差异大的高粱资源，发现一个主效控碱基因AT1。研讨者发现，缺失AT1基因的高粱资料更耐碱。

  中科院遗传发育所汪迎春团队和中科院生物物理所陈畅团队参加了进来，相关分子机制研讨获得打破。本来，AT1经过调控水通道蛋白的磷酸化来调理在窘境状况下水通道蛋白的活性。简略地说，高盐碱环境下，窘境导致活性氧物质ROS的发生。ROS浓度低时，细胞发动防御机制；ROS浓度高时，细胞发动自毁机制。敲除AT1基因，能够将窘境导致发生的过多ROS泵到细胞外，下降过氧化应激，阻挠细胞自毁，植物的耐盐碱才能就进步了。

  作物高抗盐碱的分子机制，就这样初次被提醒出来。在严重理论打破根底上，协作团队对高粱进行耐盐碱育种改进，敲除AT1，添加高粱在盐碱地上的产值。

  “科学家碰到一同闲谈不一定聊科学，但我每次碰到谢旗，他都要谈自己的最新研讨。”南边科技大学前沿生物技能研讨院院长朱健康说。

  而将这项研讨从高粱推行至其他作物的要害之一，来自一次机场的偶遇。2019年，谢旗和中科院院士、中科院遗传发育所李家洋研讨员在候机厅时间短沟通发现，AT1基因在李家洋团队培养的水稻种类中存在，在水稻中之前被命名为GS3基因。谢旗团队联合多家单位逐渐扩展实验规模，在水稻、玉米、小麦、谷子等多种作物上广泛开展了AT1基因的功用验证。

  渐渐的变多的研讨单位参加进来，我国农业大学、华中农业大学、我国科学院生物物理研讨所、我国科学院东北地舆与农业生态研讨所、宁夏大学、扬州大学、北京大学现代农业研讨院、山东大学和先正达集团我国……越来越多的作物参加进来，除了高粱，水稻、玉米、谷子、小麦也都成功了。大田实验证明，AT1/GS3基因的敲除，能进步盐碱地里高粱、水稻、谷子的产值和生物量，也能进步盐碱土壤玉米的存活率。盐碱地里粮满仓，不再是一个梦。

  犁地面积是保证粮食生产的首要要素。我国盐碱地面积约15亿亩，居国际第三，其间可使用的盐碱地约5亿亩。18亿亩犁地红线亿亩盐碱地也要充沛开发使用。充沛开发使用盐碱地，意味着要改变育种观念，由管理盐碱地习惯作物，向选育耐盐碱植物习惯盐碱地改变。

  “今日发布的关于耐碱性改进要害基因AT1的研讨效果，是面向我国农业生产的严重需求，从根底研讨着手处理实际问题的典型事例。”中科院遗传发育所副所长黄勋说。

  2019年，针对我国粮食安全、生态安全及供应侧变革的严重战略需求，以有组织推动战略导向的体系化根底研讨为特征，由中科院遗传发育所李家洋院士担任首席科学家的“种子精准规划与发明”前瞻战略科技先导专项（A类）真实开端发动施行。其方针是引领分子育种到精准规划育种技能的跨过，加快推动新绿色革命。AT1基因的发现及使用研讨，被列入该先导专项中的“环境智能呼应性状构成的分子根底”课题，获得了中科院先导专项的支撑。此外，AT1基因研讨还得到了国家自然科学基金委、山东联合要点基金的支撑。

  “AT1基因能在多种作物中起到广谱效果，是先导专项很好的典范效果。”我国科学院院士、中科院植物研讨所研讨员种康表明，该遗传学机制提醒了植物界根底科学严重问题，是科学界的严重发现。AT1基因在进步作物耐盐碱性方面的巨大使用远景，有望为支撑我国国家粮食安全中盐碱地综合使用的国家战略发挥及其重要的效果。而相关育种技能不引进任何外源基因，其原理是自然界现已发生的基因变异，又为生物安全和未来推行供给了多一重保证。 （经济日报记者 佘惠敏）