Inženýrství fixace dusíku v obilovinách se přiblížilo

Divadlo Járy Cimrmana - Vyšetřování ztráty třídní knihy ...seminář Úlekové a názorné fixace (Smět 2019).

Anonim

Nový způsob inženýrské fixace dusíku objevil výzkumný tým Spojeného království a Spojeného království a přinesl nám o krok blíže k realizaci cíle inženýrství řady plodin, které by měly stanovit vlastní dusík.

Jedním z hlavních faktorů, které omezují růst plodin, je dostupnost dusíku, ale pouze bakterie a jiné jednobuněčné mikroby nazývané archaea mohou vzít dusík ze vzduchu a dát ho do formy, kterou mohou rostliny používat. Proces prováděný těmito mikroby je známý jako biologická fixace dusíku.

Luštěniny získávají dusík ze symbiotických dusíkatých bakterií, ale obilniny včetně pšenice a kukuřice se spoléhají na dostupnost pevného dusíku v půdě. V mnoha případech je přidávání chemických hnojiv jediným způsobem, jak zajistit plodinám dostatek dusíku, aby se zajistila dobrá sklizeň.

Použití dusíkatých hnojiv uvolňuje oxid dusný, skleníkový plyn, který je 300 krát účinnější než oxid uhličitý. Inženýrskými plodinami, které určují vlastní dusík, doufáme, že snížíme používání dusíkatých hnojiv, a tím zmírníme jejich dopad na životní prostředí. Taková přerušení by však také mohla mít celosvětový dopad na produktivitu obilovin.

V tomto článku výzkumný tým byl schopen inženýrství fixace dusíku pomocí nové strategie, která zjednodušuje proces inženýrství více genů, aby se ujistil jejich výraz je vyrovnaný v jejich novém hostiteli. Dusíková fixace je složitý a jemný proces, který vyžaduje vyváženost mnoha klíčových složek. Doposud bylo dosažení správné rovnováhy těchto složek hlavní výzvou pro inženýrství fixace dusíku u obilovin.

Nová metoda funguje organizováním velkého počtu genů, které jsou potřebné pro fixaci dusíku do menšího počtu "obrovských genů". Ty jsou pak exprimovány v hostitelské buňce jako obrovské proteiny známé jako "polyproteiny", které jsou následně rozštěpeny specifickým proteázovým enzymem pro uvolnění jednotlivých složek fixace dusíku. Jednou z inovativních částí této metody je, jak skupina identifikovala množství každé požadované součásti a poté je seskupila. Tento krok zajišťuje správné vyvážení.

Profesor Ray Dixon, vedoucí projektu v oblasti molekulární mikrobiologie v centru John Innes, uvedl: "Je to opravdu vzrušující vývoj pro syntetickou biologii, protože přináší bližší cíl inženýrské fixace dusíku u obilovin."

Spolupráce týmu Peking University - John Innes Center říká, že tato vzrušující metoda bude užitečná pro transformaci komplexních systémů z prokaryotů, jako jsou bakterie, do eukaryontních hostitelů, jako jsou rostliny.

Profesor Dixon pokračuje: "V budoucnu může být tato metoda použita také pro inženýrské metabolické cesty v rostlinách, aby se vytvořily antifungální a antibakteriální sekundární metabolity, které poskytují odolnost vůči patogenům."

Klíčová zjištění ze studie, která se objevila v časopise PNAS, zahrnují:

  • byla použita posttranslační strategie sestřihování proteinů odvozená z RNA virů, aby se minimalizovaly počty genů klasického systému dusízy za účelem optimalizace stechiometrie exprese genu fixace dusíku (nif)
  • geny byly seskupeny dohromady na základě jejich hladin exprese a tolerance jejich proteinových produktů na C-koncový "ocas", který zůstává po štěpení TEVp proteázou
  • po několika kolech testovacích a regroupových cyklů bylo 14 esenciálních genů selektivně shromážděno do 5 obřích genů, které umožňují růst na dinitrogenu
menu
menu