Inżynieria wiązania azotu w zbożach zbliża się o krok

Anonim

Naukowcy z Wielkiej Brytanii i Chin odkryli nowy sposób inżynierii wiązania azotu, przybliżając nas o krok do realizacji celu, jakim jest inżynieria szeregu upraw w celu naprawienia własnego azotu.

Jednym z głównych czynników ograniczających wzrost plonów jest dostępność azotu, ale tylko bakterie i inne drobnoustrojowe drobnoustroje zwane archeonami mogą pobierać azot z powietrza i utrwalać go w postaci, która może być wykorzystana przez rośliny. Proces przeprowadzany przez te mikroorganizmy jest znany jako biologiczne wiązanie azotu.

Rośliny strączkowe uzyskują azot z symbiotycznych bakterii wiążących azot, ale rośliny zbożowe, w tym pszenica i kukurydza, polegają na dostępności ustalonego azotu w glebie. W wielu przypadkach dodanie nawozów chemicznych jest jedynym sposobem zapewnienia roślinom wystarczającej ilości azotu, aby zapewnić dobre zbiory.

Zastosowanie nawozów azotowych uwalnia podtlenek azotu, gaz cieplarniany, który jest 300 razy silniejszy niż dwutlenek węgla. Poprzez inżynieryjne uprawy w celu utrwalenia własnego azotu, mamy nadzieję ograniczyć stosowanie nawozów azotowych, zmniejszając tym samym ich wpływ na środowisko. Przerwa taka jak ta może mieć również ogólnoświatowy wpływ na wydajność upraw zbóż.

W tym dokumencie zespół badawczy był w stanie zaprojektować wiązanie azotu za pomocą nowej strategii, która upraszcza proces inżynierii wielu genów, aby upewnić się, że ich ekspresja jest zrównoważona w nowym gospodarzu. Utrwalanie azotu jest skomplikowanym i delikatnym procesem, wymagającym równowagi wielu kluczowych składników. Do tej pory osiągnięcie właściwej równowagi tych składników było dużym wyzwaniem dla inżynierii wiązania azotu w zbożach.

Nowa metoda działa poprzez organizowanie dużej liczby genów, które są wymagane do wiązania azotu do mniejszej liczby "gigantycznych genów". Są one następnie eksprymowane w komórce gospodarza jako ogromne białka znane jako "poliproteiny", które są następnie cięte przez specyficzny enzym proteazy w celu uwolnienia poszczególnych składników wiążących azot. Innowacyjną częścią tej metody jest to, w jaki sposób grupa określiła ilość każdego wymaganego składnika, a następnie pogrupowała je razem. Ten krok zapewnia uzyskanie właściwej równowagi.

Profesor Ray Dixon, lider projektu w dziedzinie mikrobiologii molekularnej w John Innes Center, powiedział: "To jest naprawdę ekscytujące osiągnięcie dla biologii syntetycznej, ponieważ przybliża cel inżynierii wiązania azotu w zbożach".

Współpracujący Uniwersytet Pekiński - zespół John Innes Center twierdzi, że ta ekscytująca metoda będzie przydatna do transformacji złożonych systemów od organizmów prokariotycznych, takich jak bakterie, do gospodarzy eukariotycznych, takich jak rośliny.

Profesor Dixon kontynuuje: "W przyszłości metoda ta może być również stosowana do inżynieryjnych szlaków metabolicznych w roślinach w celu wytworzenia przeciwgrzybiczych i przeciwbakteryjnych wtórnych metabolitów, które zapewniają odporność na patogeny."

Kluczowe wnioski z badania, które pojawiły się w czasopiśmie PNAS, obejmują:

  • opracowano potranslacyjną strategię splicingu białka pochodzącą z wirusów RNA, aby zminimalizować liczbę genów klasycznego układu azotazowego w celu optymalizacji stechiometrii wiązania azotu (nif)
  • geny zgrupowano ze sobą na podstawie ich poziomów ekspresji i tolerancji ich produktów białkowych na C-końcowy "ogon", który pozostaje po cięciu proteazy TEVp
  • po wielu rundach cykli badania-przegrupowania 14 istotnych genów selektywnie połączono w 5 gigantycznych genów, które umożliwiają wzrost na diazocie
menu
menu