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科学家们在创造更好的植物的研究中有了重大发现

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-07-23 14:42  浏览次数:0
摘 要:由能源部橡树岭国家实验室领导的一组科学家发现了控制植物和土壤真菌之间重要共生关系的特定基因,并成功地促进了一种具有典型抗
     由能源部橡树岭国家实验室领导的一组科学家发现了控制植物和土壤真菌之间重要共生关系的特定基因,并成功地促进了一种具有典型抗性的植物的共生。这一发现可能导致生物能源和粮食作物的发展,这些作物能够经受恶劣的生长条件,抵抗病原体和害虫,需要更少的化肥,每英亩生产更大和更丰富的植物。

    近年来,科学家们对植物与菌根真菌的复杂关系有了更深入的了解。当它们结合在一起时,真菌在植物根系周围形成一个鞘,具有显著的效益。真菌结构远离植物宿主,增加营养吸收,甚至与其他植物沟通,以“警告”传播病原体和害虫。作为回报,植物向真菌提供碳,这促进了真菌的生长。这些菌根共生体被认为支持了古代植物对土地的殖民,使诸如广阔的森林和草原等成功的生态系统。据估计,80%的植物都有与其根相关的菌根真菌。“如果我们能够理解控制植物和有益真菌之间关系的分子机制,那么我们就可以开始利用这种共生关系来获得植物的特定条件,如抗旱性、病原体、提高氮和营养吸收等等,”Ornl Mo说。好色的遗传学家杰西拉布。”例如,由此产生的植物会长得更大,需要更少的水和肥料。”
 
    在植物中寻找能够发生共生的遗传触发器是植物领域最具挑战性的课题之一。这一发现被描述为“自然植物”,是在Ornl和合作机构研究了10年后发现的,他们正在探索如何生产更好的生物能源原料作物,如杨树。这项工作是通过在过去十年中,结合实验生物学在基因组测序、定量遗传学和高性能计算方面的改进而完成的。绿色的双色漆酶真菌寄生在自然寄主毛白杨的根部。据橡树岭国家实验室领导的研究团队称,更好地了解植物真菌共生体可能导致工程植物真菌协会,提高氮和营养吸收以及植物对干旱和病原体的抵抗力。
 
     科学家们正在研究由某些种类的杨树和真菌双色腔棘鱼(L.bicolor)形成的共生关系。该小组利用橡树岭领导计算设施(Oak Ridge Leadership Computing Facility)的超级计算资源,以及在能源部联合基因组研究所(DOE Joint Genome Institute)生产的基因组序列(DOE Office of Science User Facility)和劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)生产的基因组序列,缩小了道琼斯指数。寻找特定的受体蛋白,ptlecrlk1。一旦他们确定了可能的候选基因,研究人员就去实验室验证他们的发现。Ornl植物分子生物学家说:“实验验证是这一发现的关键,因为基因图谱揭示了共生和这个基因之间的统计联系,但是实验验证提供了一个明确的答案,即正是这个特定的基因控制了共生。
 
      研究人员选择了拟南芥,这是一种传统上不与真菌L.bicolor相互作用的植物,他们的实验甚至认为它是一种威胁。他们创造了一种表达ptlecllk1蛋白的植物的工程版本,然后用真菌接种植物。双色真菌完全包围了植物的根尖,形成了一个指示共生体形成的真菌鞘。“我们证明了我们可以将一个非宿主转化为这种共生体的宿主,”Ornl定量遗传学家WellingtonMuchero说。如果我们能使拟南芥与这种真菌相互作用,那么我们相信我们可以使其他生物燃料作物,如柳枝稷,或者像玉米这样的粮食作物相互作用并产生完全相同的效益。它为不同的植物系统提供了各种各样的机会。令人惊讶的是,你只需要一个基因。”
 
       来自威斯康星大学麦迪逊分校、法国洛林大学和阿拉巴马州哈德逊亚帕生物技术研究所的科学家也对该项目做出了贡献。这项工作得到了能源部科学办公室、能源部生物能源创新中心(CBI)及其前身生物能源科学中心(BESC)的支持。CBI的主要目标之一是利用植物基因组学和工程技术创造可持续的生物质原料作物。BESC和CBI都开发了实验和计算方法,以加速识别基因功能。
 
 
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