高粱，又称甜小米，被认为是未来的作物：它能积累特别多的生物量，即使在恶劣的条件下也能茁壮成长。某些品种甚至能在盐渍土上产出更多的糖。卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 的研究人员和一个国际团队现在更详细地研究了这种盐胁迫引起的糖积累，并发现基因开关 SWEET13 将糖引导到谷物中。通过育种，SWEET13可以与各种高粱品种杂交，为粮食安全做出贡献。
世界人口增长以及由此带来的对粮食、原材料和能源需求的不断增加，迫切需要大幅提高植物产量，尤其是谷物产量。然而，气候变化的影响正使这一目标日益难以实现。除了高温和干旱之外，土壤盐碱化也给植物带来了压力。海平面上升导致越来越多的肥沃土壤盐碱化。一种可能的解决方案是种植既能产生大量生物量又能在盐碱土壤中茁壮生长的作物。
卡尔斯鲁厄理工学院约瑟夫·戈特利布·科尔罗伊特植物科学研究所 (JKIP) 的彼得·尼克教授领导的分子细胞生物学工作组多年来一直致力于研究高粱，一种禾本科高粱属的粟类植物。含糖量高的品种被称为甜小米。高粱是光合作用效率特别高的植物之一，因此它比其他植物更能结合二氧化碳 (CO2) 并积累更多的生物质。在之前的研究中，卡尔斯鲁厄理工学院的叙利亚科学家阿德南·坎巴尔博士开发出了一种新型甜小米，这种小米积累了特别高的糖分，可用于生产沼气和生物燃料以及新型聚合物。
进一步的研究表明，高粱这种来自苏丹的古老作物即使在恶劣的条件下也能茁壮成长。 “某些高粱品种不仅可以很好地适应盐分，而且在盐分条件下还能产生更多的糖分，”尼克说。有些品种将糖分储存在茎部，因此可用于能源利用，例如生产生物燃料。其他品种则将糖分储存在种子中，因此可以为人类提供营养。
由埃及的 Eman Abuslima 博士领导的一个研究小组对此进行了调查，她在卡尔斯鲁厄理工学院 JKIP 的分子细胞生物学小组获得了博士学位。他们发现SWEET13基因决定糖的运输。 “SWEET13 的作用就像一个开关，确保光合作用产生的蔗糖被输送到植物的谷粒中，”Abuslima 解释道。研究人员在古老的叙利亚高粱品种 Razinieh 中发现了 SWEET13 的特别活跃的版本。通过育种，这种基因开关可以与其他品种杂交。聚合酶链式反应 (PCR) 有助于识别幼苗阶段已具有正确变体的后代。 “这些分子知识可以帮助受土壤盐碱化影响的地区确保人类的营养，”彼得·尼克说。尼罗河三角洲、孟加拉国、越南以及意大利南部都面临着盐胁迫的问题。
原始出版物
Eman Abuslima、Adnan Kanbar、Ahmed Ismail、Manish L. Raorane、Elisabeth Eiche、Islam El-Sharkawy、Björn H. Junker、Michael Riemann 和 Peter Nick：盐胁迫诱导的糖转运重塑：SWEET13 启动子等位基因的作用。科学报告，2025年。DOI：10.1038/s41598-025-90432-2
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