英国科学家获盖茨基金资助研究固氮转基因作物

2012-07-17 10:45 · cash

在植物中,豆科植物可以结成根瘤与根瘤菌进行共生固氮,将空气中的氮气转化为植物可用的氮肥。盖茨基金资助英国科学家进行转基因作物研究,期望能够使谷类植物同样具有类似豆科植物的固氮作用,提高谷类作物的产量,并减少化肥的使用。

由英国一些植物学家组成的一个科研团队从盖茨基金获得1000万美元用于开发转基因谷类作物。

这是在英国投向转基因的最大单笔投资之一,这笔资金将用于研究对化肥需求量少甚至无需求的玉米、小麦和稻谷。

当前,生物技术研究者都在试图消除公众对转基因的恐慌心理,这笔资金来的正是时候。

这项工作将在英国约翰英纳斯中心开展,期望能够为非洲无法负担起化肥的农民带来好处。在全球,农业化肥对于农作物的生产来说都是非常重要的。

不过很多贫穷的农民却承担不起化肥开销,同时,化肥也是大量温室气体释放的原因。

英国约翰英纳斯中心试图对谷类作物进行基因工程改造,使其能够像大豆那样从空气中获取氮元素,从而无需在农田中施大量的化学氮肥。

如果该项目获得成功,将给农业带来革命性的改变,尤其是可以给撒哈拉以南非洲的玉米种植农民带来巨大的帮助,这正是盖茨基金会所热心的事情。

主要问题

约翰英纳斯中心的Giles Oldroyd教授领导这个团队,他表示该项目对于贫穷的生产者来说非常重要,也会对全球农业产生巨大影响。

“我们相信,如果我们能够研究出固氮稻种,那么我们可以让非洲的农民获得更高的产量,让他们自己生产足够多的食物。”

尽管如此,反转基因人士表示该项目在近几十年内是无法成功的,全球粮食短缺问题可以通过改善分配及减少浪费来解决。

反对转基因技术的运动团体“GM Freeze”的Pete Riley表示,从美国当前的情况看,产量不但没有显著上升,反而有所下降。他认为,由于转基因作物的出现,使得杂草也产生了对除草剂的抗性,这才是农民面对的主要问题。

>>固氮作用

生物固氮是固氮微生物的一种特殊的生理功能,在厌氧条件下,固氮微生物可以利用固氮酶将游离的氮元素还原为氨及其他含氮化合物,并进一步用于氨基酸的合成。

在植物中,豆类也可以进行固氮。豆类植物的固氮过程称为共生固氮,是通过豆类植物根部的根瘤中的根瘤菌而实现。根瘤菌与大豆根瘤结成根瘤共生体,根瘤为根瘤菌提供无氧环境及有机营养,根瘤菌将游离的氮元素固定,供豆类植物生长用。

>>中国水稻联合固氮菌研究成果

2008年5月21日,PNAS发表了由中国农业科学院生物技术研究所和国家作物基因资源和基因改良重大科学工程为第一主持单位,与中国医学科学院病原生物学研究所、法国巴斯德研究所、北京大学和清华大学等共同完成的重要科研成果——Nitrogen fixation island and rhizosphere competence traits in the genome of root-associated Pseudomonas stutzeri A1501。这一突破性成果对联合固氮分子机理的揭示及其在农业领域的应用具有重要意义。

这项由国家863、973及自然科学基金支持的研究项目于2005年完成了分离自我国南方水稻根际的联合固氮斯氏假单胞菌全基因组测序及功能注释工作。斯氏假单胞菌A1501是目前国际上完成全基因组序列测定的第一例联合固氮菌。比较基因组学分析发现,A1501基因组中四个DNA区域具有典型的基因岛特征,所有固氮基因成簇分布在一个49 kb的DNA区域内,形成独特的“固氮岛”,为生物固氮体系进化研究提供了一个结构和功能完整的进化中间类型。利用基因芯片、适时定量PCR和非极性突变株构建等方法,鉴定了一系列可能参与细菌氮信号传导或保持最佳固氮水平的新基因,为进一步深入研究联合固氮基因网络调控奠定了良好的工作基础。通过对A1501功能基因组的研究分析表明,固氮作用、芳烃化合物降解和PHB合成等代谢特征以及抗草甘膦等抗逆特性,使A1501具有较强的应对土壤环境变化的适应能力,并在根际竞争中处于优势地位。目前,从A1501基因组中已分离了芳香族化合物降解基因簇,鉴定了一个新型高抗草甘膦的EPSP合酶基因且已申请国际PCT专利,并开展了一系列生化与遗传学研究,这不仅为探讨稳定联合固氮体系建立的分子机制提供了重要的理论依据,同时新型抗草甘膦等抗逆基因的获得,将为优质高效抗逆农作物新品种培育提供新的功能基因来源。

文献链接:Nitrogen fixation island and rhizosphere competence traits in the genome of root-associated Pseudomonas stutzeri A1501