国家农业食品研究机构、东北大学和米乐m6官方网站 (AIST) 开发了一种基因，可以控制根系的传播方式，以避免盐害稻田中的生长受到抑制。qSOR1，Qsol One）是世界上首次在大米中发现的。盐害稻田不仅受到盐的直接危害，还会因盐而改变土壤性质，使土壤缺氧，造成损害。通过控制新发现的基因，使水稻根系延伸到土壤表面并防止它们扩散到缺氧的土壤中，我们能够减少因盐害造成的产量损失。这一结果预计将极大地促进水稻品种的开发，以稳定盐害问题地区的水稻产量，例如日本和热带亚洲沿海地区，这些地区由于全球变暖而风暴潮的风险正在增加。
盐害和干旱对世界各地的农业生产造成重大损害。例如，到 2050 年，估计全球 50% 的农田将受到盐害的影响。此外，近年来，由于全球变暖导致海平面上升，导致风暴潮和超强台风频繁发生，以及上游地区修建水坝等用水减少导致海水流入河口，包括日本在内的世界许多沿海地区因盐害对农作物造成的损害日益增加。因此，目前世界各地包括水稻在内的许多作物都需要耐盐害的品种。
NARO 此前已在世界上首次通过改良根系成功开发出抗旱水稻。这次，通过与国立农业食品研究机构和东北大学的联合研究，我们发现了一种新的“表面根基因”，可以让根在土壤表面生长。qSOR1基因)”被发现。通过利用该基因，我们在世界上首次成功地培育出通过改善根部而抵抗盐害的水稻。已确定qSOR1该基因的引入使盐害造成的产量损失减少了约 15%。该基因可有效避免盐害稻田因土壤缺氧而造成的损害，可用于改良适合盐害稻田的水稻品种。此外，它还可用于防止缺氧土壤中的根腐病，这是重粘土稻田、老稻田和排水不良的稻田中的一个问题。该成果发表在2020年8月17日出版的国际科学期刊《美国国家科学院院刊（美利坚合众国国家科学院院刊)''已发布在线版本。
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预算：JST战略创意研究促进项目“阐明和应用植物对环境变化的稳健性的基础技术的创建”、科学研究补助金、管理补助金、盐害环境研究基金
盐害和干旱给世界各地的农业生产造成巨大损失。例如，预计到2050年，全球50%的农业用地将受到盐害的影响。此外，近年来，由于全球变暖导致海平面上升，导致风暴潮和超强台风频繁发生，包括日本在内的世界许多沿海地区因盐害对农作物造成的损害日益增加。特别是，由于水稻通常在低地种植，孟加拉国和越南等热带亚洲沿海地区经常因上游地区修建水坝等用水而遭受盐害，以及由于海水流入河口地区而导致水流量减少。就日本海水流入而言，东日本大地震时，由于海啸造成盐害，东北地区曾一度无法种植水稻，这一点我们还记忆犹新。为了解决这些问题，世界各地都需要开发抗盐害的水稻品种。
田间发生的盐害和稻田发生的盐害对植物的作用机制略有不同。在田间，土壤中高浓度的盐本身会损害植物细胞，而在稻田中，除了盐本身造成的危害外，来自盐的过量钠离子（Na+) 导致物理性质恶化，例如土壤压实，导致缺氧a)b)它会导致生长不良，例如根腐病（图1左）。传统的水稻耐盐性研究和育种工作仅关注盐造成的直接损害，未能解决土壤缺氧的问题。
我们的小组已经鉴定了一种导致深根的基因，并一直致力于开发能够在干旱期间利用底土层水分的水稻。育种基于通过改善根部形状和避免土壤环境胁迫来提高生产力的想法，是一项非常独特的研究成果。这次，我们认为，与干旱对策相反，水稻如果能主要利用靠近土壤表面生长的根（表层根），相对富氧，就可以避免盐害稻田中出现的土壤缺氧造成的损害（图1，右）。
我们之前发现印度尼西亚的一些水稻植物形成地下根。然而，没有关于在盐害稻田种植这些品种的报道。在这项研究中，我们试图鉴定与这些品种的表面根有关的基因，并利用它们来提高盐害稻田的水稻产量。
图1盐害稻田胁迫环境与根系形状的关系（示意图）
盐害稻田水稻生长不良的主要原因是土壤物理性质恶化造成缺氧，以及盐害造成的直接损害。即使在缺氧的土壤中，地表也有氧气，因此人们认为，形成表根的水稻能够比普通水稻向其根部提供更多的氧气，从而减少盐害稻田的损害。
- 水稻表根基因 (qSOR1基因的鉴定
10809_10873qSOR1基因”已被识别。该基因作用于根尖，导致根沿重力方向伸长（向地性1））。结果发现，在Gemdjah Beton中，这个基因不起作用，因此根部不会沿着重力方向生长，而是生长在土壤表面。据透露，只有印度尼西亚的一些品种群体拥有这种基因，其中包括 Gemdjah Beton。
- 形成表根的水稻减少了盐害稻田的产量损失
DNA 标记选择育种2)Sasanishiki（不形成表根的普通水稻）qSOR1该基因被来自 Gemdjah Beton 的无功能基因取代（图 2，顶行）。格姆贾·贝顿qSOR1导入基因的Sasanishiki 形成了表面根（图2 的中下部）。接下来，我们比较了这种水稻和笹锦在盐害稻田（盐水浓度 04%）和正常稻田（未进行盐处理）四年内的产量。盐水处理是通过将含盐地下水抽入东北大学生命科学研究生院洪水生态系统田间实验设施的稻田中进行的。结果，在正常稻田中两者的产量没有差异，但在盐害稻田中，Gemdjah Beton 的qSOR1导入基因的Sasanishiki 比Sasanishiki 产量增加了15% 以上（糙米重量，4 年平均）（图3）。从这个结果来看，Gemdjah BetonqSOR1研究表明，虽然该基因不会影响正常稻田的生长，但它可以通过避免根部缺氧来改善盐害稻田的生长。
- qSOR1具有相似功能的基因的鉴定
水稻基因序列分析结果qSOR1我们之前识别出与该基因具有最相似基因序列的基因DRO1这是一个基因。DRO1基因是qSOR1它与基因具有相同的功能，可以改变根的形状。因此，我们通过DNA标记选择性育种将这两个基因结合起来，以改良具有各种根形状的水稻植株（图4）。研究发现，两种基因同时发挥作用的水稻植株的根部最深，而两种基因均不发挥作用的水稻植株的根部最浅。这样，通过结合两个基因，现在可以自由地改变水稻根部的形状，从浅根到深根。
图 2。qSOR1通过基因转移形成表面根
qSOR1该基因位于 12 条水稻染色体中的第七条。笹锦功能qSOR1如果您通过杂交将该基因替换为 Gemdjah Beton 的无功能基因，您将看到根在土壤表面生长。 (A) 水稻染色体图像，(B) 稻田淹水期间土壤表面根系的发育。照片中的黄色箭头：表面根。
图3盐害稻田表根形成带来的增产效果
(A) 正常稻田和盐害稻田收获前的水稻。通常情况下，两个品种在稻田中的生长情况没有明显差异（左图）。另一方面，在受盐害的稻田中，笹锦的叶子呈棕褐色；qSOR1您可以看到，引入的品系的叶色通常更接近水田的状况，并且更健康（右图）。 (B) 在盐害稻田种植时的产量比较。数据代表2015年至2018年四年的平均产量。在盐害稻田qSOR1您可以看到引入的菌株产量增加了约 15%。
图 4。qSOR1和DRO1基因对根形状的影响
每张照片下基因名称旁边括号中的符号表示，如果目标基因为阳性，则该目标基因具有功能；如果为阴性，则表示该目标基因没有功能。利用DNA标记选择育种方法，我们改变了水稻品种IR64中每个基因的类型（功能/非功能）并比较了根部形状。
发现新鉴定的表根基因可有效避免盐害稻田发生的根部缺氧现象，可用于盐害稻田改良水稻品种。当将该基因导入笹锦时，在没有盐害的正常水稻栽培中，对产量或株型几乎没有影响，并且在栽培中没有观察到倒伏增加等缺点。这种表根基因仅存在于印度尼西亚的部分品种中，可以说是尚未在其他地区的水稻中使用过的新材料，因此有望用于包括日本在内的世界各地大多数水稻品种的新育种。
该基因预计可用于减少日本风暴潮造成的盐害，以及防止容易缺氧的稻田根部腐烂，例如重粘土稻田、老稻田、排水不良的稻田以及春季用稻草犁耕的稻田。此外，该基因被认为能够有助于减少盐害造成的产量损失，盐害经常发生在孟加拉国和越南等沿海湿地。此外，该基因预计可用于稳定水稻生产，即使是在因铁超载等各种原因引起的缺氧土壤中。
我们还发现水稻中存在该基因的多个亲属。通过结合这些基因，可以培育出根部形状最适合各种栽培环境的种子，从适合盐害稻田的表根到适合干旱条件的深根。这种根系改良有望有助于稳定未来日益不稳定的国内外种植环境中的水稻生产。
此外，qSOR1由于与该基因相关的基因存在于水稻以外的许多作物中，因此这些基因被认为可有效提高日本和海外排水不良农田中大豆和玉米等大田作物的耐湿性。
发表的论文：
Kitomi Y、Hanzawa E、Kuya N、Inoue H、Hara N、Kawai S、Kanno N、Endo M、Sugimoto K、Yamazaki T、Sakamoto S、Sentoku N、Wu J、Kanno H、Mitsuda N、Toriyama K、Sato T、Uga Y。 根角修改DRO1同源物提高盐田水稻产量。美国国家科学院院刊
https://wwwpnasorg/cgi/doi/101073/pnas2005911117
引用的文献/引用的网站：
a) 农林水产省农村发展局，农业除盐手册。 2011
b) 日本土壤科学与施肥学会，海啸相关信息 (1)：海啸和风暴潮造成的盐害 (1)。http://jssspnjp/info/nuclear/post-23html