作者:宋檢 時(shí)間:2022-12-05 來源:互聯(lián)網(wǎng)
盡管國際育種工作、先進(jìn)的農(nóng)藝和有效的病蟲害管理都在進(jìn)行著,但幾十年來甘蔗產(chǎn)量卻幾乎一直是靜止不前的,這是由于莖稈的發(fā)展被限制了。莖稈的儲(chǔ)糖能力在物理上是有限的,也就約束了蔗糖和生物質(zhì)的大量涌現(xiàn)。
“通過傳統(tǒng)雜交育種來突破這一發(fā)展的門檻是很難的。”巴西坎皮納斯大學(xué)生物研究所(IB-UnPAMP)遺傳進(jìn)化與生物制劑系教授Marcelo Menossi說道。*近,他與巴西國家生物乙醇科技實(shí)驗(yàn)室(CTBE)、澳大利亞食糖研究以及德國馬丁·路德大學(xué)(MLU)的同行一起,發(fā)現(xiàn)了克服這種束縛關(guān)系的關(guān)鍵。
那就是,甘蔗產(chǎn)量的秘密可能存在于一個(gè)被稱為ScGAI的基因中。它是甘蔗莖稈發(fā)育的重要調(diào)節(jié)器。研究人員在《實(shí)驗(yàn)植物學(xué)》雜志上報(bào)道了這一發(fā)現(xiàn)。
他們通過操作在澳大利亞開發(fā)的轉(zhuǎn)基因甘蔗中該基因的活性,成功地大幅增加了莖稈體積,并改變了其結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)分子的碳分配?!案淖僑cGAI基因表達(dá)的甘蔗品種長得快多了?!盡enossi說,這意味著應(yīng)該可以培育出能更快生長的甘蔗,每單位時(shí)間具有更高的生物質(zhì)產(chǎn)量。
在這項(xiàng)研究中,ScGAI被發(fā)現(xiàn)介導(dǎo)了甘蔗種植者所使用的發(fā)育激素的調(diào)節(jié),如乙烯和赤霉素。其中赤霉素廣泛地用于提高許多作物的產(chǎn)量,它通過觸發(fā)DELLA蛋白的快速分解來加速甘蔗成熟,由此阻止了與刺激莖稈發(fā)育的其他蛋白的相互作用和分解。
而在成熟階段,乙烯經(jīng)常應(yīng)用到甘蔗種植園里。此時(shí),蔗農(nóng)希望植物繼續(xù)積累蔗糖,而不是生長更多的葉子。跟赤霉素不同,乙烯穩(wěn)定了DELLAs,還讓它和其他生長促進(jìn)蛋白進(jìn)行了互相作用。
為了更好地了解DELLAs是如何調(diào)節(jié)甘蔗生長的,特別是在莖稈發(fā)育方面,研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中,他們改變了澳大利亞一個(gè)甘蔗品種中的ScGAI表達(dá)。
在某些程度上,對于減少DELLAs產(chǎn)量,ScGAI基因“沉默以對”,還阻止了它們分解其他有助于植物生長的蛋白質(zhì)。另外,研究人員采取措施確保該基因在增加DELLAs產(chǎn)量、穩(wěn)定它們的目標(biāo)上過度表達(dá),這樣它們會(huì)繼續(xù)分解生長促進(jìn)蛋白。
4個(gè)月后進(jìn)行的比較分析中,ScGAI基因過度表達(dá)的轉(zhuǎn)基因甘蔗顯示出生長發(fā)育遲緩、節(jié)間較短、能量代謝受損的特點(diǎn)。相反,ScGAI基因沉默的植物長得更高,節(jié)間快速伸長,植物酶產(chǎn)量增加,更多的碳分配到莖上。
“這項(xiàng)研究清楚地表明,ScGAI基因是甘蔗發(fā)育的一個(gè)基本組成部分,它可以成為基因操作的目標(biāo),以調(diào)節(jié)DELLA蛋白來干預(yù)植物生長的速度。”一位研究人員說。
研究人員已經(jīng)申請了通過他們發(fā)明的方法來控制ScGAI基因的專利,從而使甘蔗生長得更快?!跋乱徊绞翘镩g試驗(yàn),看看是否能夠產(chǎn)生和溫室培育轉(zhuǎn)基因甘蔗一樣的效果?!盡enossi說道。
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