随着世界土壤继续受到盐的影响,威胁着粮食生产,研究人员发现了一种蛋白质,它在帮助高粱等植物在碱性盐碱地中生长方面发挥着至关重要的作用。
这些发现可以为设计更适合在未充分利用的含钠土地上生长的作物提供信息。确保未来全球粮食安全,依靠持续的农业生产。然而,由于气候变化、淡水供应量下降以及化肥的广泛应用,世界范围内的农业土壤预计将变得更咸,这可能成为影响农业生产的全球性问题。
碱性钠土壤——那些pH值较高,以碳酸钠和碳酸氢钠盐为主的土壤——会抑制植物吸收养分和应对盐胁迫的能力。然而,人们对植物的耐碱性知之甚少,这限制了适合盐碱地的作物的生长。
张慧利及其同事利用高粱(一种广泛种植的谷类作物,已知具有天然的耐碱性)在碱性条件下进行了植物生长的全基因组关联研究,并确定了耐碱性1 (AT1) -一个与植物对碱性、钠性土壤敏感性特别相关的主要位点。
AT1编码非典型G蛋白γ亚基,调节水通道蛋白的磷酸化,介导碱性条件引起的氧化应激。虽然该蛋白的过表达导致对碱性胁迫的敏感性更高,但Zhang等人发现,在高粱及其在小米、水稻和玉米中的同源物中敲除AT1基因可增加植物的碱性耐受性。
在田间试验中,这些植物在碱性土壤中生长时产量也更高。这些发现表明,在作物中设计AT1同源物的敲除可以提高它们在盐碱地中的生产力,为农业开辟数百万公顷的含钠土地。