Science:提高农作物产量的转基因关键

【字体: 时间:2019年01月07日 来源:EurekAlert中文

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  用烟草作为一种模型作物,Paul South和同事引进了非自然的合成代谢途径,它们能更有效地将RuBisCO氧化的副产物进行再循环。

  

据新的研究披露,通过生物工程方法获得的、具有合成代谢途径的转基因烟草植物显示出了大幅度增加的产量(与没有基因改良的烟草植物相比,其产量多出了40%);合成的代谢途径旨在绕过低效且昂贵的自然光呼吸作用的副作用。这些结果提示了可被用来克服自然光合作用固有局限性的一种方法,它能提高全球其它重要作物(如稻米或小麦)的产率和产量。

由于现有的增加作物产量的措施(如增加农药、化肥和灌溉应用等)已基本优化,因此提高光合作用效率成为重点。固碳酶RuBisCO是将大气中二氧化碳转变为植物生物质的关键,但它也会与氧气起反应而产生功能失调的副产物。光呼吸作用可将这些副产物解毒并将它们转变为有用的分子。

然而,这一过程的代价是能量损失,且它还会令地球上某些最重要作物的光合作用效率(该效率是提高产量潜力的关键性决定因素)下降20–50%。据作者披露,如果要让我们对全球农作物需求的快速增长得到满足,那么克服由低效光呼吸途径所导致的该产量损失是必需的,因为客服这个障碍有可能会使作物的产率大大提高。

用烟草作为一种模型作物,Paul South和同事引进了非自然的合成代谢途径,它们能更有效地将RuBisCO氧化的副产物进行再循环。之所以用烟草植物的原因部分是它易于进行遗传操作以及它有适应力强的性质及能产生大量的种子,这些都令它非常适合用于研究。基于从前的工作,South等人用生物工程方法制造了一种转基因的烟草品种,它带有一种合成的、旨在绕过天然光呼吸作用常规途径的乙醇酸代谢途径。根据在温室中及在农田中这两种情况下的实验结果,该合成途径会导致生物质干重的大幅增加。在一篇《视角》文章中,Marion Eisenhut和Andreas Weber更为详细地讨论了这项研究结果的意义。

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