設計新的信號網(wǎng)絡以生產(chǎn)需要較少肥料的作物

牛津大學和劍橋大學之間的跨學科研究合作設計了一種新的合成植物 - 微生物信號通路，可為將固氮轉(zhuǎn)移到谷物提供基礎。

今天發(fā)表在Nature Communications上的植物科學家，微生物學家和化學家團隊利用合成生物學技術(shù)設計并在植物和根莖周圍的細菌之間進行分子對話，在一個叫做根際的區(qū)域。這種合成信號系統(tǒng)可能是在小麥和玉米等非豆類作物中成功設計固氮共生的重要一步。

增加根系微生物群具有巨大的潛力，可以提高營養(yǎng)貧瘠土壤的作物產(chǎn)量，減少化肥的使用。

來自牛津大學植物科學系的聯(lián)合主要作者Barney Geddes博士說：“植物通過發(fā)出吸引或抑制特定微生物的化學信號來影響其根際微生物群。工程谷物植物產(chǎn)生信號與通信和控制它們根部的細菌可能使它們能夠利用這些細菌的促生長作用，包括固氮。

“為此，我們選擇了一組通常由豆科結(jié)核中的細菌產(chǎn)生的化合物，稱為根霉。首先我們必須發(fā)現(xiàn)根瘤菌生產(chǎn)的天然生物合成途徑，然后設計一種更容易轉(zhuǎn)移到植物的合成途徑。能夠?qū)⒑铣尚盘杺鲗緩睫D(zhuǎn)移到許多植物，包括谷物，并設計根際細菌對根霉的反應。“

牛津大學聯(lián)合主要作者Amelie Joffrin博士開發(fā)了一種新的立體選擇性合成關(guān)鍵的根霉素。她說：“合成化學對提供能夠研究根霉生物合成及其從細菌到植物的轉(zhuǎn)移的化合物至關(guān)重要。特別是，產(chǎn)生的根霉素使我們能夠確認哪種是天然活性對映體(”手“)。關(guān)鍵的生物活性化合物。“

劍橋Sainsbury實驗室的聯(lián)合主要作者Ponraj Paramasivan博士解釋了該團隊如何將根莖合成基因轉(zhuǎn)移到大麥中，以評估他們是否可以在谷物中設計根霉素合成。

她說：“我們確認大麥合成，然后將根霉素滲透到根際。然后我們測量了大麥根和根際細菌之間的信號傳導，發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)細菌菌落中發(fā)生了顯著的交流。這些結(jié)果意味著我們可能會使用這種transkingdom信號通路激活根微生物群以固定氮，以及許多其他植物生長促進服務，如產(chǎn)生抗生素或激素或增溶土壤養(yǎng)分。

“這種合成信號傳導途徑的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是，只有專門用于產(chǎn)生信號的特定作物才會受益。這意味著目前與化肥施用目標作物一樣多的雜草將不會受益來自這些增強的植物 - 微生物協(xié)會，因為他們不會產(chǎn)生這種新的信號分子與細菌溝通。“

Poole，Oldroyd和Conway實驗室未來的工作將集中在植物如何控制根系細菌的關(guān)鍵過程，如固氮，磷酸鹽溶解和植物生長促進。這打開了細菌微生物組及其多樣化代謝的世界，以控制植物，特別是谷物。它可能是嘗試將固氮植入谷物中的關(guān)鍵組成部分。