Azoto fiksavimo inžinerija grūdinėse kultūrose žengia žingsnį arčiau

Tyrėjų naktis 2011, Molėtai Žaidimai su azotu (Birželis 2019).

Anonim

JK ir Kinijos tyrėjų komanda atrado naują inžinerinio azoto fiksavimo būdą, kuris priartėjo prie žingsnio arčiau tikslų - inžinerijos kultūrų įvairovę, siekiant nustatyti savo azotą.

Vienas iš pagrindinių veiksnių, kurie riboja pasėlių augimą, yra azoto prieinamumas, tačiau tik bakterijos ir kiti vienakailiai mikrobai, vadinami archeos, gali iš azoto išgauti azotą iš oro ir užfiksuoti jį tokiu būdu, kokį gali naudoti augalai. Procesas, kurį atlieka šie mikrobai, yra žinomas kaip biologinis azoto fiksavimas.

Ankštiniai augalai gauna azoto iš simbiozinių azotą fiksuojančių bakterijų, bet javų sėklos, įskaitant kviečius ir kukurūzus, remiasi fiksuotu azotu dirvožemyje. Daugeliu atvejų pridedant chemines trąšas yra vienintelis būdas užtikrinti pakankamai azoto pasėliams, kad būtų užtikrintas geras derlius.

Azoto trąšų naudojimas išsiskiria azoto suboksido, šiltnamio efektą sukeliančių dujų, kurie yra 300 kartų galingesni nei anglies dioksidas. Tikimės, kad pasitelkdami inžinerinius augalus savo azoto nustatymui, sumažinsime azoto trąšų naudojimą, taip sumažindami jų poveikį aplinkai. Panašu, kad pertrauka gali turėti įtakos ir grūdinių kultūrų produktyvumui.

Šiame tyrime komanda sugebėjo inžinierizuoti azoto fiksavimą, panaudodama naują strategiją, kuri supaprastina kelių genų inžinerijos procesą, siekiant užtikrinti, kad jų išraiška būtų subalansuota naujame šeimininke. Azoto fiksavimas yra sudėtingas ir subtilus procesas, kuris reikalauja daugelio pagrindinių komponentų pusiausvyros. Iki šiol šių sudedamųjų dalių pusiausvyra buvo pagrindinis iššūkis, susijęs su azoto fiksavimo injekcijomis grūdinėse kultūrose.

Naujasis metodas, organizuojant daugybę genų, reikalingų azoto fiksavimui, į mažesnį "milžiniškų genų" skaičių. Tada jie išreiškiami ląstelėse-šeimininke kaip milžiniški baltymai, žinomi kaip "poliproteinai", kurie vėliau išskiriami specifiniu proteazės fermentu, kad išskirtų atskirus azoto fiksavimo komponentus. Vienas naujoviškų šio metodo elementų yra tai, kaip grupė nustatė kiekvieno reikalaujamo komponento kiekį ir sugrupavo juos kartu. Šis žingsnis užtikrina tinkamą pusiausvyrą.

"John Innes Centre" molekulinės mikrobiologijos projekto lyderis prof. Ray Dixonas sakė: "Tai yra tikrai įdomi sintetinės biologijos raida, nes ji artėja prie inžinerinio azoto fiksavimo tikslų grūduose".

Bendradarbiaujantis Pekino universitetas - "John Innes Centre" komanda teigia, kad šis įdomus metodas bus naudingas sudėtingų sistemų transformavimui iš prokariotų, tokių kaip bakterijos ir eukariotiniai šeimininkai, tokie kaip augalai.

Profesorius Dixonas tęsia: "Ateityje šis metodas gali būti taikomas ir inžineriniams metabolizmo būdams augaluose gaminti priešgrybelinius ir antibakterinius antrinius metabolitus, kurie atsparia patogenams."

Pagrindinės tyrimo išvados, pateiktos žurnale PNAS, yra šios:

  • panaudota po transliacijos baltymų sujungimo strategija, gauta iš RNR virusų, siekiant sumažinti klasikinės nitrogenozės sistemos genų skaičių, siekiant optimizuoti azoto fiksavimo (nif) geno ekspresijos stechiometrą
  • genai buvo sugrupuoti pagal jų ekspresijos lygius ir jų baltymų produktų toleravimą C-terminalo "uodegui", kuris lieka po TEVp proteazės skilimo
  • po kelių pakartotinių bandymų ir regroupo ciklų 14 esminių genų buvo selektyviai surinkti į 5 milžiniškus genus, kurie įgalina augimą dinatrogenui
menu
menu