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