Inštrument za fiksiranje dušika v žitnih posevkih premakne korak bližje

Uređaj za ispitivanje rashladnog sustava AENovak (Junij 2019).

Anonim

Raziskovalna ekipa Združenega kraljestva in Kitajske je odkrila nov način pritrjevanja dušikovih spojin, kar nas je korak bližje uresničitvi cilja inženiringa vrste poljščin, da bi določili svoj dušik.

Eden glavnih dejavnikov, ki omejujejo rast pridelka, je razpoložljivost dušika, vendar lahko samo bakterije in drugi enocelični mikrobi, imenovani arhea, vzamejo dušik iz zraka in ga popravijo v obliko, ki jo lahko uporabljajo rastline. Postopek, ki ga izvajajo ti mikrobi, je znan kot biološka fiksacija dušika.

Mreže pridobijo dušik iz simbioznih bakterij za določanje dušika, vendar so žitarice, vključno s pšenico in koruzo, odvisne od razpoložljivosti stalnega dušika v tleh. V mnogih primerih je dodajanje kemičnih gnojil edini način za zagotovitev poljščin z dovolj dušika, da se zagotovi dobra žetev.

Uporaba dušikovih gnojil sprošča dušikov oksid, toplogredni plin, ki je 300-krat močnejši od ogljikovega dioksida. Z inženirskimi pridelki, da bi določili svoj dušik, upamo, da bomo zmanjšali uporabo dušikovih gnojil in tako ublažili njihov vpliv na okolje. Čeprav bi takšen prelom lahko imel svetovne posledice za produktivnost žitnih polj.

V tem članku je raziskovalna skupina sposobna oblikovati fiksiranje dušika z uporabo nove strategije, ki poenostavlja proces inženiringa več genov, da se zagotovi, da je njihov izraz uravnotežen v novem gostitelju. Fiksiranje dušika je zapleten in občutljiv proces, ki zahteva ravnotežje številnih ključnih komponent. Do sedaj je doseganje pravega ravnovesja teh komponent velik izziv za inženiring fiksiranja dušika v žitnih kulturah.

Nova metoda deluje tako, da organizira veliko število genov, ki so potrebni za pritrjevanje dušika v manjše število "velikanskih genov". Te so nato izražene v gostiteljski celici kot ogromne beljakovine, znane kot "poliproteini", ki jih kasneje rezani z določenim proteaznim encimom, da sproščajo posamezne sestavine dušika za fiksiranje. En inovativni del te metode je, kako je skupina identificirala količino vsake komponente, ki je bila potrebna, in jih nato združila skupaj. Ta korak zagotavlja pravilno ravnovesje.

Vodja projekta profesorja Ray Dixona v molekularni mikrobiologiji v Centru John Innes je dejal: "To je resnično vznemirljiv razvoj za sintetično biologijo, ker prinaša bližje cilju inženirske priprave dušika v žitih."

Skupina Peking University - John Innes Center pravi, da bo ta razburljiva metoda koristna za preoblikovanje kompleksnih sistemov iz prokariontov, kot so bakterije, na evkariontske gostitelje, kot so rastline.

Profesor Dixon nadaljuje: "V prihodnosti se ta metoda lahko uporablja tudi za inženirske metabolične poti v rastlinah za proizvodnjo protiglivičnih in antibakterijskih sekundarnih metabolitov, ki zagotavljajo odpornost proti patogenom."

Ključne ugotovitve študije, ki so se pojavile v reviji PNAS, so:

  • strategija post-translacijske proteinske spajanja, pridobljena iz RNA virusov, je bila izkoriščena za zmanjšanje števila genov klasičnega dušikovega sistema, da bi optimizirali stehiometrijo ekspresije gena za fiksiranje dušika (nif)
  • geni so bili združeni na podlagi njihovih ravni izražanja in tolerance njihovih proteinskih produktov na C-terminalni "rep", ki ostane po cepavi TEVp proteaze
  • po več krogih ciklusov test-regrouping 14 bistvenih genov selektivno sestavili v 5 velikanskih genov, ki omogočajo rast dinitrogena
menu
menu