科学家希望通过基因编辑深根作物帮助应对气候变化

2019-07-22 | 见丰网
阅读(

科学家希望通过基因编辑深根作物帮助应对气候变化

据外媒报道,目前一些基因编辑植物已能使人们受益。科学家通过改善作物的安全性等在这一领域取得突破。索尔克研究所的研究人员正在以一种全局观来研究这项技术,他们希望编辑人类最常播种的作物的基因,以便将更多的二氧化碳储存在地下,作为应对气候变化的一种方式。在上周发表的一篇论文中,他们描述了他们的第一项重大突破。

科学探索_见丰资讯网

来自加利福尼亚州索尔克研究所的科学家团队提出了Harnessing Plants Initiative计划,他们希望利用基因编辑技术,使植物能够帮助遏制全球变暖。玉米,大豆,水稻,小麦,棉花和油菜籽是科学家们研究植物生命分子奥秘的物种。正如团队成员Wolfgang Busch解释的那样,他们有充分的理由。

“我们有兴趣实现对土壤中碳储存的最大影响,”分子生物学家和新研究的作者Busch告诉New Atlas。“对大气中的二氧化碳水平产生有意义的影响是一项巨大的挑战。农业是最大规模的人类活动之一,并且在广泛的范围内进行。这六种物种是最普遍的作物之一,在全球近8亿公顷的土地上种植。这意味着,如果在种植这些作物的土地中种植这些作物的碳封存增强品种,那么通过关注这六种作物可以实现的影响可能是巨大的。”

Harnessing Plants Initiative计划的科学家们正在从三个不同但密切相关的角度来解决这个问题。他们的目标之一是增加植物中称为木栓质的物质的量,其自然发生并且在吸收碳方面做得很好。另一个目标是培育能够产生更多根的植物物种。另一个是让这些根更深入土壤。

“大多数根干物质都是碳,”Busch告诉我们。“这种碳通常会被土壤微生物降解。随着土壤深度的增加,根系生长越深,其降解速度就越慢。随着土壤深度的增加,微生物活动减少。因此,深层土壤中的根源碳储存时间长于靠近地表的土壤。”

追求更深的根使Busch和他的同事们得到一种名为生长素的植物激素,它在根系结构中起着重要作用。虽然科学家们对此了解很多,但其影响的确切机制却相对未知。通过将拟南芥植物剪成一半作为研究模型,该团队随后能够更清楚地了解如何调整某些基因产生不同的结果。

科学探索_见丰资讯网

“我们知道最重要的植物激素之一,生长素,参与塑造根系生长的方式,”Busch说道。“这包括根向下生长的趋势。因此,当我们扰乱生长素平衡时,我们寻找改变根系生长方式的基因及其变体。当它们没有向下生长时,我们发现的基因及其变体导致更快地纠正它们的生长。我们还发现它影响了土壤中的整个根系。”

该团队描述了这一发现,他们可以改变一个基因来产生更深的根,“非常令人兴奋”,并且是实现其目标的第一步。这一突破以一种名为EXOCYST70A3的基因为中心,该基因似乎通过塑造生长素运输中关键蛋白的分布与植物根系的发育直接相关。

“生物系统非常复杂,因此很难将植物的分子机制与环境响应联系起来,”该研究的第一作者Takehiko Ogura说道。“通过联系这种基因如何影响根系行为,我们揭示了植物如何通过生长素途径适应不断变化的环境的重要一步。”

这个奇异的基因代表了Harnessing Plants Initiative旨在解决的一小部分难题,而在气候变化总体情况中则更小。但植物在封存二氧化碳和保持地球气候平衡方面一直发挥着巨大的作用,因此如果小规模的通用调整可以应用于大规模,它们肯定有可能带来变化。

科学家们乐观地认为,这里学到的经验教训可以应用于其他地方。最后的结果是团队称之为索尔克理想植物,它将具有更深、更强大的根系统,可以将碳在地下存放更长时间。它说这些改良的根系也将使植物在气候变化时更顽强,并使土壤更丰富。由于他们研究中使用的模型与大多数植物物种之间的相似之处,团队认为它朝着正确的方向迈出了一小步但又重要的一步。

“为了增加作物植物的生根深度,我们的目标是找到与我们在本研究中发现的具有相同功能的相似基因,”Busch说道。“这很有可能是因为我们研究中发现的基因或高度相似的基因发生在所有植物物种中,包括作物物种。我们还系统地寻找其他基因和基因变异,使根长得更深。”

该研究已发表在《Cell》杂志上。

本文地址:http://expl.gxjf100.com/201907/101234.html


【责任编辑:阿诺】
分享到:
为你推荐
为你推荐