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最新研究成果有助于培育需肥量少的高产作物
日期:2018-11-06 作者:编译:龚晶 来源:农科智库 点击:
     加利福尼亚大学戴维斯分校的(University of California, Davis)的研究人员、和冷泉港实验室(Spring Harbor Laboratory)正在运用机器人技术、计算机和先进的遗传学技术来共同研究植物根部如何摄取氮元素,并对之进行新陈代谢,因为这一过程是植物生长和增产的关键。最近的研究成果发布于10月24日的《自然》(Nature)杂志。
    “氮的新陈代谢对植物的生长有异乎寻常的重要意义,”UC戴维斯分校植物生物学的助理教授、论文的最后作者(senior author)西沃恩·布兰迪(Siobhan Brady)说。一百多年前,氮肥的发明让农作物产量发生了巨大的飞跃,养活了数十亿的人口。但是,与此同时,多余的杀虫剂流入土壤、河流、海洋,造成了许多负面影响。
    像布兰迪一样的科学家希望通过了解控制植物摄取氮元素并进行新陈代谢的基因,能让植物育种者获得某种工具,培育出优良的作物品种,减少肥料使用,或者加以更好地利用。
    布兰迪表示:“我们知道有哪些基因控制着氮的同化作用和运输机制,但是对于调控氮的新陈代谢的所有方式还不太清楚。”
    此外,这些能控制其他基因的转录(或活动)的调控基因称作转录因子,在植物的茎干、嫩枝、叶片上都已发现它们的身影,但是根部就很少见,而根部才是氮元素从土壤中进入植物的部分。
根部的科学机制
    布兰迪的实验室想要发现控制植物根部运作、生长的基因网络。考虑到氮元素的重要性,研究生艾利森·瓜迪勒(Allison Gaudinier)和布兰迪假定认为控制氮的新陈代谢的转录因子也和其他重要化学反应相联系。
瓜迪勒使用了机器人技术一次在几百个基因中筛选转录因子,把它们聚合在一个网络中。冷泉港实验室的兼职助理教授多琳·维尔(Doreen Ware)和同事们使用了计算方法来预测哪些基因在这一网络中起到最重要的作用,好让UC戴维斯分校的团队之后对植物中的这些基因进行研究。
    预测结果证实,有一组核心基因对氮的新陈代谢过程起到了至关重要的作用。“如果我们想要培育能高效摄取氮元素并进行新陈代谢的植物,我们就要好好研究下这些基因,”布兰迪说道,“这会开启许多新研究。”
    维尔是美国农业部(USDA)农业研究服务局(Agricultural Research Service)的一名科学家。论文的其他作者还有:来自UC戴维斯分校的约耳·罗德里格斯·麦迪那(Joel Rodriguez Medina)、安妮·玛丽特·拜格曼(Anne-Maarit Bågman)、杰西卡·弗雷特(Jessica Foret)、米歇尔·唐(Michelle Tang)、李宝华(音译)(Baohua Li)、丹尼尔·朗西(Daniel Runcie)和丹尼尔·J·克利本斯坦(Kliebenstein);来自纽约州冷泉港实验室的张利方(音译)(Lifang Zhang)、安德鲁·奥尔森(Andrew Olson)、克里斯托弗·里瑟隆·蒙菲尔斯(Christophe Liseron-Monfils);以及来自杜邦先锋(爱荷华州约翰斯顿)的肖恩·阿博特(Shane Abbitt)、沈博(音译)(Bo Shen)、玛丽·J·弗兰克(Mary J Frank)。
    该项目由杜邦先锋资助,同时也获得了来自国家科学基金会(National Science Foundation)、霍华德·休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute)、加利福尼亚大学基金的资助。
(来源:加利福尼亚大学戴维斯分校   北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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