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随着人口的快速增加、人均可用耕地和淡水资源的日益减少，到2050年全球农作物产量需要翻倍才能满足人类粮食的需求。据联合国粮农组织的调查数据显示，目前全球有超过10亿公顷的盐渍化土壤因盐碱程度过高而不能被有效利用，且不合理的施肥灌溉将会进一步加剧盐碱地面积的扩张，土壤盐渍化问题已经成为世界性难题。因此，通过培育耐盐碱农作物，提高盐渍化土地产能，是解决未来人类粮食安全和农业发展的重要途径。盐渍化土地分为中性pH的盐地（富含氯化钠和硫酸钠）和高pH的苏打盐碱地（富含碳酸钠和碳酸氢钠，约占60%）。目前我们对于植物耐盐性有较深入认识，但是对植物耐碱胁迫环境的认识严重不足。

高粱作为世界第五大作物，起源于非洲，是世界上最早被栽培的农作物之一。高粱具有很强的耐盐碱、耐干旱和耐土壤贫瘠的能力，迄今为止仍然是世界干旱和半干旱地区的主要粮食来源。高粱属禾本科，基因组小且种质资源丰富，因此可被作为理想的挖掘耐盐碱基因资源的模式作物。

中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗团队联合8家科研单位，利用高粱资源群体，通过全基因组关联分析首先定位克隆到一个与高粱耐碱性显著相关的主效位点，命名为AT1，其编码一个异源三聚体G蛋白γ亚基（Gγ），与水稻的粒形调控基因GS3同源。单倍型分析发现AT1基因内存在一个发生移码突变的自然变异与耐盐碱性状变异呈极显著相关。构建高粱AT1过表达、基因编辑和近等基因系等遗传材料并进行耐盐碱表型分析，发现AT1在高粱碱胁迫的响应过程中起负调控作用。同时，发现AT1/GS3负调控碱胁迫耐受性的作用在其它禾本科作物包括水稻、玉米和谷子中都是高度保守的。

为揭示AT1调控植物碱胁迫响应的分子机制，利用免疫共沉淀联合LC-MS蛋白质谱的方法鉴定到AT1的互作水通道蛋白SbPIP2;1/2;2和SbPIP1;3/1;4，并证实AT1与它们在植物体内体外均存在相互作用。利用pH不敏感的H₂O₂特异性荧光探针Cyto-roGFP2-Orp1进行实验，发现在盐碱胁迫环境下，PIP2;1促进过氧化氢（H₂O₂）外排以减轻碱胁迫对细胞带来损伤，AT1/GS3通过抑制PIP2;1蛋白的磷酸化水平影响细胞中活性氧水平。因此，在碱胁迫条件下，AT1可能通过减弱PIP2;1的磷酸化来调节植物细胞中的ROS稳态，植物进而表现出碱敏感的表型；改造该基因则可缓解此毒害，赋予植物高耐盐碱性（图1）。

为进一步检验AT1基因的改造对作物在耐盐碱地上产量的影响，在吉林大安和宁夏平罗盐碱地进行了大田实验，发现基于耐盐碱等位基因AT1/GS3改良的水稻、玉米、高粱和谷子均有效提高了约20-30%的产量和生物量。因此，未来将该基因用于分子设计耐盐碱作物的育种遗传改良中，将为解决全球粮食安全危机和高效利用盐碱土地做出贡献。

谢旗，中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员，兼任先正达集团，国家玉米中心/国家重点实验室首席科学家，博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者（2003）、中国科学院百人计划入选者（2004）、2008年获国务院批准享受政府特殊津贴专家。曾担任十二五国家蛋白质重大专项--植物蛋白修饰研究和十三五国家重大蛋白质科学研究计划--逆境与固氮研究的首席科学家。同时致力于国家粮改饲的高效作物甜高粱和青贮玉米的育种和高效利用技术研发，获6个国家品种登记权。2009年被美国植物学会评为全球43位发表最有影响力文章的科学家之一，2014年获国家自然科学二等奖和教育部自然科学一等奖，2019年获中华人民共和国成立70周年纪念奖章，2016-2021年被国际知名汤姆逊-路透社/科睿维安多次评为全球引文桂冠奖科学家。在Nature、Nature Plants、Molecular Cell、Developmental Cell、PNAS和New Phytologist 等杂志上发表有重要影响的论文110多篇。应邀撰写Springer英文Methods of Molecular Biology书籍多章和科学出版社出版书籍《泛素家族介导的蛋白质降解和细胞自噬》部分章节。获得国际国内专利近20项。

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