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  • 福格特实验室,这是由种子拨款J-WAFS在2015年和2017年资助,正在努力把豆科植物的固氮能力为谷类作物工程。

    福格特实验室,这是由种子拨款J-WAFS在2015年和2017年资助,正在努力把豆科植物的固氮能力为谷类作物工程。

    照片:丽莎·米勒/ J-WAFS

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  • 福格特是第一个测试实验室在实验室烟草植物及其新的植物工程技术。我们的目标是灌输这些植物由于通过基因编辑固氮能力。

    福格特是第一个测试实验室在实验室烟草植物及其新的植物工程技术。我们的目标是灌输这些植物由于通过基因编辑固氮能力。

    照片:丽莎·米勒/ J-WAFS

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  • 克里斯托弗·沃伊特和eszter Majer(如图)合作,从分子植物生理学的马克斯普朗克研究所在德国和西班牙马德里理工大学在其种子交付期间叶绿体和线粒体的专家,这是通过成为可能的合作J-WAFS种子补助。

    克里斯托弗·沃伊特和eszter Majer(如图)合作,从分子植物生理学的马克斯普朗克研究所在德国和西班牙马德里理工大学在其种子交付期间叶绿体和线粒体的专家,这是通过成为可能的合作J-WAFS种子补助。

    照片:丽莎·米勒/ J-WAFS

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真正使生物技术的梦想:固氮谷类作物

克里斯托弗·沃伊特和eszter Majer(如图)合作,从分子植物生理学的马克斯普朗克研究所在德国和西班牙马德里理工大学在其种子交付期间叶绿体和线粒体的专家,这是通过成为可能的合作J-WAFS种子补助。

福格特的实验室工作谷类作物可能最终取代“需要来自化肥氮。


记者联系



作为食品需求的增长,由于种植和世界各地的人口变化,增加提高作物产量一直在对农业和粮食系统的重要目标研究人员正在WHO保证有足够的食物,以满足未来几年全球需要。动员澳门太阳城最新网站一个研究小组围绕ESTA的挑战是在生物工程系的实验室沃伊特,由克里斯托弗·福格特,丹尼尔一.C领导在澳门太阳城最新网站的先进的生物技术王教授。

在过去的四年中,阿卜杜勒·拉蒂夫·贾米尔水和食物系统实验室(J-WAFS)有两个福格特资助了J-WAFS种子基金。有了这个支持福格特和他的团队正在研究一种显著和长期的研究挑战:变换谷类作物是如此能够解决他们在自己的氮气。

化肥:它如何帮助,伤害

是一个重要的营养物质氮,使种植植物。像豆类植物能够通过共生关系,以提供自己与细菌能够从空气中固氮并将其放入土壤中,然后通过自己的根一个草拟了植物。其他类型的作物 - 包括主要的粮食作物:如玉米,小麦和大米 - 依靠通常添加氮肥,包括粪肥,堆肥和化肥。这不,植物较小,生长产生较少的谷物。 

超过350十亿人今天依靠化肥的食物。化学氮肥的今天,80%的使用哈伯 - 罗宋汤过程,它涉及气体转化成氨腈制成。而氮肥产量在上世纪带动农业,你也来ESTA对于一些显著的成本。第一,有-罗宋汤过程本身是非常能源和化石燃料的密集,使得它在气候瞬息万变的脸不可持续的。第二,利用氮污染过多的化肥结果。化肥径流污染河流和海洋中的藻类大量繁殖这种窒息的海洋生物所致。 ESTA清理污染,对公众健康和支付环境损害成本美国$ 157十亿每年。第三,当涉及到化肥,有公平和访问的问题。这些肥料是由主要工业化国家,凡postash,主要成分,是丰富在北半球做出。然而,运输成本高,特别是在南半球国家。所以,对于在贫穷地区农民,这导致较低的屏障作物产量。

这些环境和社会挑战造成大问题,但农民仍需要申请氮保持必要的农业生产力,以满足全球粮食需求,尤其是在人口和气候变化的压力是世界上食品供应。所以,正在并将继续肥料是一个关键的工具。 

但是,可能会有另一种方式?

叶绿体和线粒体的细菌兼容性

这是问题福格特推动研究人员在实验室中,因为他们的工作,开发固氮谷物。他们已经制定的战略是瞄准在共生操作随着豆类固氮菌的特定基因,称为 NIF 基因。这些基因导致蛋白质结构(簇固氮)的表达从空气固氮。如果这些基因转移能够在谷类作物和,化肥成功表达将不再需要添加氮需要,如将能够这些作物获取氮自己。

ESTA基因工程工作早已然而视为一个重大的技术挑战。该 NIF 途径是非常大的,涉及许多不同的基因。将任何大的基因簇本身就是一项艰巨的任务,但在添加ESTA的复杂性特别通路。该 NIF 在微生物基因被遗传互连所需的部件的系统控制。为了成功地转移途径的固氮能力,不仅研究人员已经转移基因本身,而且复制负责控制途径中的细胞成分。

ESTA通到另一个挑战。对于氮固定豆类负责微生物是细菌(原核生物),并且,由Eszter Majer,在沃伊特实验室谁一直致力于该项目在过去的两年博士后的解释,”基因表达是植物完全不同,这是真核生物“例如,原核生物的基因操纵子成组织,遗传组织该系统中不存在真核生物:如ITS沃伊特在实验中使用的烟叶。再造 NIF 通路在真核细胞无异于一个完整的系统检修。

福格特实验室已经找到了解决办法:而不是目标公司之全部植物细胞,它们靶向内细胞器 - 具体而言,叶绿体和线粒体。线粒体和叶绿体兼得细菌古老的起源和十寿命的真核细胞外独立原核生物。数百万年前,他们被纳入真核系统的细胞器。他们以自己独特的,他们已经保持现代原核生物的基因数据,并也有很多相似之处。其结果是,他们是固氮转移的最佳候选。 Majer解释说,“这是很容易从原核生物转移到原核生物类的系统比重新设计整个路径,并尝试转移到真核生物。”

除了基因结构,细胞器附加有这些特性使之成为适合的环境中这对固氮集群功能。固氮需要大量的能量,以功能和叶绿体和线粒体都产生高已有大量的能量 - 在ATP的形式 - 的细胞。此外固氮对氧气非常敏感,如果有太多的在其环境将无法正常工作。然而,在低氧气的植物叶绿体和线粒体晚上有水平,使他们固氮蛋白的位置进行操作的理想场所。

专家组成的国际团队

同时,该研究小组发现设计用于转化真核细胞的方法,其技术性很强的项目仍然从事生物工程挑战。感谢J-WAFS补助,实验室沃伊特已经能够进行合作与海外大学的两位专家获取关键的专业知识..

一个是路易斯·鲁比奥,副教授重点固氮在西班牙马德里理工大学生物化学。金发是在固氮和氮启发化学方面的专家。转化线粒体DNA是一个具有挑战性的过程,所以团队设计使用酵母一个固氮基因递送系统。真核生物酵母很容易设计并可以用来针对线粒体。该小组插入固氮基因导入酵母核,这是有针对性地然后,使用肽融合线粒体。在研究ESTA第一真核生物导致到演示固氮结构蛋白的形成。

另外,沃伊特实验室合作拉尔夫博克,从德国分子植物生理学的马克斯普朗克研究所叶绿体专家。福格特和球队都取得了长足的发展具有朝向固氮谷类作物的目标;他们最近的成就,推进大田作物工程和促进固氮工作的细节将公布在未来几个月内。

继续追求的梦想

福格特实验室的支持J-WAFS和宝贵的国际合作,这导致的,能够获得突破性的成果,推动我们更接近独立通过肥料固氮谷物。他们取得进展的靶向线粒体和固氮能表达一个完整的NIFdk四 - 固氮集群中的一个关键蛋白 - 在酵母线粒体。尽管有这些里程碑,更多的工作仍有待完成。

“该实验室是福格特投资于研究ESTA为了向前移动到更加接近获得创造固氮谷类作物的梦想,”克里斯·沃伊特说。随着这些里程碑在他们的皮带,取得了很大的研究者们已经这些进展,并将继续推动t要么ward实现ESTA变革愿景,一个谷物可能彻底改变全球的生产。


主题: 生物工程, 工程学院, 基因工程, 植物, J-WAFS, 研究, ,

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