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天然植物防御基因為谷物高粱的安全保護提供線索

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-12-29瀏覽次數:694

雜草經常與脆弱的作物幼苗同時出現,隨著作物的生長在植物中移動。農民如何在不傷害農作物的情況下殺死他們?

種子和化學品開發了兩種主要技術,通過在土壤和葉子上施用除草劑來避免對作物的損害:轉基因抗除草劑作物和選擇性地 - 神秘地 - 保護某些作物免受損害的化學品。在伊利諾伊大學的一項新研究中,研究人員確定了有助于谷物高粱安全性和有效性的基因和代謝途徑。

這一發現在解釋安保人員如何運作方面發揮了重要作用。根據作物科學部門的雜志科學家Dean Riechers和植物科學前沿研究的合著者,科學家們在20世紀40年代后期偶然發現了安全劑。在實驗過程中,在溫室中生長的番茄植物無意中暴露于合成植物激素。西紅柿本身沒有接觸過激素的癥狀,但是當噴灑除草劑時,它們不會受到傷害。在沒有充分了解它們的工作原理的情況下,研究人員在1971年將第一種玉米安全劑(二氯甲烷)商業化之前就開始嘗試尋找更多的除草劑解毒劑。

今天,經過近50年的玉米,大米,小麥和谷物高粱的商業化使用,安全劑仍然是一個謎。 Riechers表示,選擇性保護高價值谷物作物而不是闊葉作物或雜草的合成化學品的存在令人著迷,但并不直觀。了解如何開辟谷類作物的保護機制可能有一天可以幫助科學家在大豆和棉花等闊葉作物中發揮保護作用。

“尋找雙子葉植物的安全劑將是圣杯,”里切斯說。

然而,第一步是了解當谷物作物暴露于安全劑時細胞內發生的情況。在之前的谷物高粱試驗中,研究小組發現谷胱甘肽S-轉移酶(GSTs)的產量顯著增加。在除草劑和其他外來化學物質可能造成損害之前,所有生物體中存在的這些重要酶都會迅速解毒。但這并沒有大大減少干草堆的范圍。

“這些谷類作物有多達100個GST,我們不知道其中一個或多個是否提供保護,”Riechers說。 “我們也不知道為什么商品及服務稅會增加。”

該團隊使用了一種稱為全基因組關聯研究的方法。他們在溫室中種植了761株高粱近交系,比較了僅用安全劑,除草劑或安全劑和除草劑處理的植物。通過搜索基因組的差異,他們發現了在安全處理的植物中開啟的特定基因和基因區域。毫不奇怪,它們是編碼兩個GST的基因。

“雖然我們懷疑是否涉及GST,但這項技術似乎確定了負責安全高粱,SbGSTF1和第二個串聯GST基因的基因,”Riechers說。

除了尋找解毒的關鍵基因外,研究人員還分析了安全處理植物中表達的RNA分子,并揭示了植物防御途徑的雙重作用。

根據Riechers和合著者帕特里克布朗的說法,高粱因產生針對昆蟲和病原體的化感物質或化學防御劑而聞名。其中之一,dhurrin,是一種含有氰化物的化學物質。當它被攻擊時,Stilt發布了一種殺死昆蟲或病原體的“氰化物炸彈”。參與dhurrin合成和代謝的一些基因也已被證明是響應安全劑而觸發的。

“這與dhurrin的關系是一個線索 - 也許安全人員正在利用植物用來保護自己的化學防御,”Riechers說。 “這是一個以前從未在高粱中提出過的新概念。它讓我們了解為什么安全劑可以在植物中引發這種反應。“

根據Riechers的說法,使用安全代理打開防御和保護通道的能力可以用于各種應用程序。他說:“似乎沒有合理的除草劑特定途徑。” “也許保安人員可以用來保護作物免受昆蟲,食草動物,化學污染物或環境壓力的影響。這種可能性和應用非常有前景。” p>

研究人員有計劃和資金將實驗擴展到小麥,并最終希望找到一種更精確的安全劑 - 除草劑 - 作物組合,最終可以轉化為闊葉作物。

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