一個(gè)國際科學(xué)家小組首次發(fā)現(xiàn)了一種基因“關(guān)閉開關(guān)”，它可以關(guān)閉豆科植物將大氣中的氮轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)物質(zhì)的過程。
豆類、豌豆和扁豆等豆類在作物中是獨(dú)一無二的，因?yàn)樗鼈兡軌蚺c土壤細(xì)菌相互作用，將氮轉(zhuǎn)化或“固定”為可用的營養(yǎng)物質(zhì)。然而，當(dāng)土壤中通過自然過程或通過施用合成肥料已經(jīng)富含氮時(shí)，這種能源密集型生物過程就會(huì)減少。
最新發(fā)現(xiàn)的基因調(diào)節(jié)因子可以在土壤硝酸鹽含量高時(shí)關(guān)閉固氮作用，這使得科學(xué)家們可以去除模型豆科植物中的基因，確保它們無論土壤環(huán)境如何都能繼續(xù)固氮。
提高豆科植物固氮的生物能力有助于提高作物生長和產(chǎn)量，同時(shí)也減少了對(duì)合成肥料的需求，而合成肥料會(huì)增加農(nóng)業(yè)的環(huán)境足跡。
這項(xiàng)研究的結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上，該研究是國際農(nóng)業(yè)中促進(jìn)營養(yǎng)共生(ENSA)項(xiàng)目的一部分。
“從農(nóng)業(yè)的角度來看，持續(xù)的固氮可能是一個(gè)有益的特性，可以增加氮的可用性，無論是對(duì)豆類還是對(duì)豆類種植后依賴土壤中氮的未來作物，”首席作者Dugald Reid博士說。
“這有助于為未來的研究奠定基礎(chǔ)，為我們管理農(nóng)業(yè)系統(tǒng)提供新的方法，以減少氮肥的使用，增加農(nóng)業(yè)收入，減少氮肥使用對(duì)環(huán)境的影響。”
ENSA項(xiàng)目目前由比爾和梅琳達(dá)·蓋茨農(nóng)業(yè)創(chuàng)新公司(Gates Ag One)資助，這是一個(gè)非營利性組織，投資于突破性的農(nóng)業(yè)研究，以滿足撒哈拉以南非洲和南亞小農(nóng)的迫切和被忽視的需求。
在篩選了15萬株豆科植物后，研究小組發(fā)現(xiàn)了這種被稱為“Fixation Under Nitrate”(FUN)的調(diào)節(jié)因子，這些豆科植物的基因被敲除，以確定植物如何控制從固氮到土壤氮吸收的轉(zhuǎn)換。
FUN是一種被稱為轉(zhuǎn)錄因子的基因，控制著其他基因的水平。研究發(fā)現(xiàn)，無論它是活躍還是不活躍，也無論氮水平如何，它都存在于豆類中。
“作為研究的一部分，我們?yōu)闇厥抑械臄?shù)千種植物設(shè)計(jì)了一個(gè)基因篩選，以識(shí)別將環(huán)境觸發(fā)因素與生物信號(hào)聯(lián)系起來的基因，”該論文的合著者、ENSA研究員Jieshun Lin博士說。
“通過增加模型豆科植物可用的硝酸鹽水平，我們能夠識(shí)別那些固氮調(diào)節(jié)受損的豆科植物，并發(fā)現(xiàn)FUN突變體。”
然后，研究小組使用生物化學(xué)、基因表達(dá)研究和顯微鏡相結(jié)合的方法發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)UN在失活時(shí)形成長長的蛋白質(zhì)細(xì)絲。
這導(dǎo)致了第二次發(fā)現(xiàn)，鋅水平在觸發(fā)FUN變得活躍和關(guān)閉固氮方面發(fā)揮作用。
“我們發(fā)現(xiàn)改變土壤氮會(huì)改變植物中鋅的含量。以前沒有發(fā)現(xiàn)鋅與固氮調(diào)節(jié)有關(guān)，但我們的研究發(fā)現(xiàn)，鋅水平的變化反過來激活FUN，然后控制大量關(guān)閉固氮的基因，”合著者、ENSA研究員Kasper Andersen博士說。
“因此，去除FUN會(huì)創(chuàng)造一種條件，在這種條件下，植物不再停止固氮。”
這項(xiàng)研究由澳大利亞拉籌伯大學(xué)和丹麥奧胡斯大學(xué)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)，并與歐洲同步輻射設(shè)施(ESRF)、西班牙植物中心Biotecnología y Genómica和馬德里波利特拉西尼亞大學(xué)(UPM)合作。
研究人員現(xiàn)在正在調(diào)查普通的豆科作物，如大豆和豇豆，在失去FUN活性時(shí)表現(xiàn)如何。
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-6/20240627020351663.htm） | 
