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天然植物防御基因为谷物高粱的安全保护提供线索

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-12-29浏览次数:694

杂草经常与脆弱的作物幼苗同时出现,随着作物的生长在植物中移动。农民如何在不伤害农作物的情况下杀死他们?

种子和化学品开发了两种主要技术,通过在土壤和叶子上施用除草剂来避免对作物的损害:转基因抗除草剂作物和选择性地 - 神秘地 - 保护某些作物免受损害的化学品。在伊利诺伊大学的一项新研究中,研究人员确定了有助于谷物高粱安全性和有效性的基因和代谢途径。

这一发现在解释安保人员如何运作方面发挥了重要作用。根据作物科学部门的杂志科学家Dean Riechers和植物科学前沿研究的合着者,科学家们在20世纪40年代后期偶然发现了安全剂。在实验过程中,在温室中生长的番茄植物无意中暴露于合成植物激素。西红柿本身没有接触过激素的症状,但是当喷洒除草剂时,它们不会受到伤害。在没有充分了解它们的工作原理的情况下,研究人员在1971年将第一种玉米安全剂(二氯甲烷)商业化之前就开始尝试寻找更多的除草剂解毒剂。

今天,经过近50年的玉米,大米,小麦和谷物高粱的商业化使用,安全剂仍然是一个谜。 Riechers表示,选择性保护高价值谷物作物而不是阔叶作物或杂草的合成化学品的存在令人着迷,但并不直观。了解如何开辟谷类作物的保护机制可能有一天可以帮助科学家在大豆和棉花等阔叶作物中发挥保护作用。

“寻找双子叶植物的安全剂将是圣杯,”里切斯说。

然而,第一步是了解当谷物作物暴露于安全剂时细胞内发生的情况。在之前的谷物高粱试验中,研究小组发现谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)的产量显着增加。在除草剂和其他外来化学物质可能造成损害之前,所有生物体中存在的这些重要酶都会迅速解毒。但这并没有大大减少干草堆的范围。

“这些谷类作物有多达100个GST,我们不知道其中一个或多个是否提供保护,”Riechers说。 “我们也不知道为什么商品及服务税会增加。”

该团队使用了一种称为全基因组关联研究的方法。他们在温室中种植了761株高粱近交系,比较了仅用安全剂,除草剂或安全剂和除草剂处理的植物。通过搜索基因组的差异,他们发现了在安全处理的植物中开启的特定基因和基因区域。毫不奇怪,它们是编码两个GST的基因。

“虽然我们怀疑是否涉及GST,但这项技术似乎确定了负责安全高粱,SbGSTF1和第二个串联GST基因的基因,”Riechers说。

除了寻找解毒的关键基因外,研究人员还分析了安全处理植物中表达的RNA分子,并揭示了植物防御途径的双重作用。

根据Riechers和合着者帕特里克布朗的说法,高粱因产生针对昆虫和病原体的化感物质或化学防御剂而闻名。其中之一,dhurrin,是一种含有氰化物的化学物质。当它被攻击时,Stilt发布了一种杀死昆虫或病原体的“氰化物炸弹”。参与dhurrin合成和代谢的一些基因也已被证明是响应安全剂而触发的。

“这与dhurrin的关系是一个线索 - 也许安全人员正在利用植物用来保护自己的化学防御,”Riechers说。 “这是一个以前从未在高粱中提出过的新概念。它让我们了解为什么安全剂可以在植物中引发这种反应。“

根据Riechers的说法,使用安全代理打开防御和保护通道的能力可以用于各种应用程序。他说:“似乎没有合理的除草剂特定途径。” “也许保安人员可以用来保护作物免受昆虫,食草动物,化学污染物或环境压力的影响。这种可能性和应用非常有前景。” p>

研究人员有计划和资金将实验扩展到小麦,并最终希望找到一种更精确的安全剂 - 除草剂 - 作物组合,最终可以转化为阔叶作物。