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稻草人基因可能导致新品种的主产作物产量新优彩票官方网站提高

2019-08-03     来源:河北日报数字报         内容标签:稻草人,基因,可能,导致,新品,种的,主产,作物,

导读:成熟玉米叶的横截面,显示大静脉周围的Kranz(花圈德语)解剖结构。束鞘细胞(较浅的红色)环绕血管核心(浅蓝色)。叶肉细胞(深红色)环绕束鞘细胞。叶肉和束鞘之间的相互作用

成熟玉米叶的横截面,显示大静脉周围的Kranz(花圈德语)解剖结构。束鞘细胞(较浅的红色)环绕血管核心(浅蓝色)。叶肉细胞(深红色)环绕束鞘细胞。叶肉和束鞘之间的相互作用和协同作用对C4的光合机制至关重要。ThomasSlewinski

康奈尔大学的科学家认为稻草人基因–发现第一个控制Kranz解剖结构的基因,可以提高光合作用的效率–可能导致新品种的主产作物产量更高。

到2050年预计将有95亿人口,人类面临的挑战是,在使用与今天相同数量的水,肥料和耕地的同时,将现代饮食喂养到额外的口中。

康奈尔研究人员通过发现可导致新品种主要作物产量提高50%的基因来满足这些需求。

该基因被称为稻草人,是第一个被发现控制特殊叶子的基因。结构,称为Kranz解剖学,导致更有效的光合作用。植物使用以下两种方法之一进行光合作用:C3,一种在大多数植物中发现的效率较低,古老的方法,包括小麦和水稻;和C4,草,玉米,高粱和甘蔗更有效的适应性,更适合干旱,强烈阳光,高温和低氮。

“研究人员一直试图找到潜在的遗传学克兰兹解剖学,所以我们可以把它设计成C3作物,“rdquo;托马斯·斯莱温斯基(ThomasSlewinski)是一篇论文的第一作者,该论文于11月出现在植物和细胞生理学杂志上。Slewinski是资深作者,植物生物学教授RobertTurgeon实验室的博士后研究员。

这一发现“提供了关于整个解剖学关键是如何被调节的线索”。Turgeon说。“还有很多东西需要学习,但现在谷仓门是敞开的,你会看到有人在这个稻草人路径上工作。”他补充说,将C4机制转移到C3植物中的承诺已经在全球范围内得到了热烈追求和资助数十年。

如果C4光合作用通过基因工程成功转移到C3植物,农民可以种植小麦和研究人员表示,在较热,较干燥的环境中施用较少的肥料,同时可能使产量增加一半。

C3光合作用起源于地球历史上大气中二氧化碳含量较高的时期。C4植物在不同的时间和地点从C3植物中独立进化了60次。C4适应涉及叶片中的Kranz解剖学,其包括围绕静脉的一层特殊束鞘细胞和称为叶肉的外层细胞。束鞘细胞和叶肉细胞在两个阶段的光合作用中合作,使用不同种类的叶绿体。

通过仔细观察植物的进化和解剖结构,Slewinski认识到C4植物叶片中的束鞘细胞类似于内胚层细胞包围根和茎中的血管组织。

Slewinski怀疑如果C4离开共有内胚层基因的根和茎,控制这些细胞类型的遗传也可能是共享的。Slewinski寻找具有突变Scarecrow基因的实验玉米品系,他知道根管内胚层细胞。当研究人员种植这些植物时,他们首先发现了根部的问题,然后检查了束鞘中的异常情况。他们发现,稻草人突变体的叶片具有异常和增殖的束鞘细胞和不规则的静脉。

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