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铝容忍修理可能打开耕地

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这张地图显示全球土壤酸度。在酸性土壤中铝的毒性限制了世界耕地面积近一半的作物产量,主要是在非洲,亚洲和南美洲的发展中国家。

由于铝的毒性,高达40%的世界潜在耕地无法使用,一个解决方案可能接近:康奈尔农业科学家报告说,一个基因 - 和它表达的蛋白 - 在使水稻忍受毒性中发挥主要作用金属在酸性土壤中。

在所有的谷类作物中,大米是最耐铝的。在酸性土壤中,铝的一种形式,Al 3+ 离子,对植物根有极大的毒性,并大大降低作物产量。与此同时,科学家竞相为世界上不断增长的人口提供粮食,而可耕地也变得稀缺。

在4月11日发表在“美国科学院学报”上的一项研究中,研究人员解释了水稻中所谓的NRAT1基因如何表达一种转运蛋白,将铝从造成问题的根细胞壁移开,细胞,它被隔离在一个液泡中,不会造成任何损害。该研究的高级作者,康奈尔大学植物生物学兼任教授兼美国农业部(USDA)主任莱昂·科乔(Leon Kochian)说:“这项研究为使用NRAT1提高其他谷类作物的耐铝性打开了大门。康奈尔大学W. Holley农业与健康中心。康奈尔大学博伊斯·汤普森植物科学研究所的博士后研究员李建勇是该论文的第一作者。

研究人员包括康奈尔大学遗传学家Susan McCouch,他与Kochian共同指导了这个项目,之前他们根据McCouch实验室的工作,利用不同种类的水稻基因绘制了铝的耐受性。在本文中,他们测序了来自24个耐铝或敏感的遗传多样性水稻品系的NRAT1基因。基于得到的DNA序列,他们鉴定了NRAT1基因的铝耐受型和铝敏感型。

在比较耐受性和敏感性NRAT1基因时,他们发现了小而关键的序列改变,导致耐受性NRAT1蛋白有效地将铝离子从根细胞壁转运到细胞中,从而防止由于损伤在水稻中发生的铝毒性到成长的根尖的细胞壁。他们还发现了序列差异,导致耐受水稻品系中NRAT1基因的高表达。研究人员然后将水稻NRAT1基因的耐受性和敏感性插入到拟南芥属植物的基因组中,发现两个版本,尤其是耐铝NRAT1基因,大大提高了拟南芥属植物对铝的耐受性。

这些研究结果表明这个基因可以用来增加其他植物物种的铝耐受性,这对全世界酸性土壤上经常生长的作物物种是有益的。 “Kochian说:”我们有可能赋予作物耐酸土壤显着增加。他说:“可能有一些其他作物品种与NRAT1基因相关,这些基因通常不会表达到很高的水平,我们可能会找到打开这些基因或使用生物技术将水稻NRAT1基因导入其他作物的方法。 。

该研究由美国农业部农业与食品研究计划资助。

来源:康奈尔大学,由克里希纳Ramanujan

 

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