英國牛津大學宣稱,該校與劍橋大學研究人員合作,利用合成生物學技術,設計出了植物與其根際細菌之間的分子信號通路,這一合成信號系統(tǒng)有助于小麥和玉米等非豆類作物成功固氮,對利用增強根系微生物群來改善營養(yǎng)不良土壤的作物產(chǎn)量以及減少大田化肥使用量有著巨大應用前景。研究成果發(fā)表在近日出版的《自然通訊》雜志上。
植物通過發(fā)出化學信號來吸引或抑制特定微生物,影響其根際微生物群。研究人員通過對谷類植物進行改造,使其產(chǎn)生一種信號,可以與其根系周圍細菌交流并加以控制,使它們能夠利用這些細菌來促進生長,包括提高固氮能力。
研究第一作者、牛津大學植物科學系格迪斯博士介紹:“我們選取了一組細菌在豆科根瘤中產(chǎn)生的化合物,稱為根狀莖(rhizopines)。首先,我們必須發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生根狀莖的天然生物合成路徑,然后設計一個更容易轉移到其他植物上的合成途徑,將合成的信號傳導途徑轉移到包括谷物在內的許多植物上,并設計出根際細菌對根狀莖的反應。”
主要研究人員、劍橋大學塞恩斯伯里實驗室的帕拉馬斯凡博士解釋說,他們測量了大麥的根和根圍細菌之間的通信信號,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)菌落之間都存在明顯的通信。這意味著他們有可能利用這種跨界信號通路,激活根系周圍的微生物群來固定氮,以及其他促進植物生長需要的功能,如生產(chǎn)抗生素、激素或溶解土壤養(yǎng)分。
他說:“這種合成信號通路的一個重要優(yōu)點是,只有被設計成產(chǎn)生這種信號的特定作物才會受益。這意味著,與目標作物一樣從化肥應用中受益的雜草,將不會從植物和微生物之間的關聯(lián)中受益。”
研究人員稱,將進一步對植物如何控制根圍細菌的關鍵過程,如固氮、磷酸鹽溶解和促進植物生長等開展研究,這些研究將為谷物控制細菌微生物群及其多樣化代謝打開大門。
關鍵詞: 合成生物學
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