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      快速基因分析方法可加速光合作用研究
      
			
      
				2019-01-14 11:52:15
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      在整個生長季節(jié)，看似良性的云層經(jīng)過數(shù)百萬英畝的作物，造成光照強(qiáng)度的快速波動，無意中奪走了這些植物的生產(chǎn)力 - 這使我們無法獲得潛在產(chǎn)量的蒲式耳。在最近的一項研究中，研究人員使用了一種快速篩選技術(shù)，該技術(shù)可以實時對植物進(jìn)行遺傳工程，以研究如何幫助植物實現(xiàn)其全部潛力。
      

      快速基因分析方法可加速光合作用研究
      

      光合作用是植物將光能和二氧化碳轉(zhuǎn)化為食物和燃料的過程。在充足的陽光下，植物獲得的能量超過了它們的能量。額外的能量可能會產(chǎn)生破壞性的分子，但植物卻將這些能量作為熱量吸收來保護(hù)自己。當(dāng)云從頭頂經(jīng)過時，植物很難從這種保護(hù)過程中恢復(fù)，稱為非光化學(xué)猝滅或NPQ。
      

      加州大學(xué)伯克利分校的教授，主要作者Krishna Niyogi說：“植物可能需要幾分鐘到幾小時才能完全恢復(fù)并再次以最大容量開始光合作用。” “我們正試圖弄清楚如何加速工廠從NPQ的回收，模型預(yù)測可以將產(chǎn)量提高10%至15%。”
      

      Niyogi和合著者正在尋找植物和藻類自然進(jìn)化以從NPQ中更快恢復(fù)的機(jī)制。這項工作發(fā)表在植物雜志上，是實現(xiàn)增加光合效率的一部分，這是一個由比爾和梅林達(dá)蓋茨基金會資助的多機(jī)構(gòu)研究項目，由伊利諾伊大學(xué)Carl R. Woese基因組生物學(xué)研究所領(lǐng)導(dǎo)。
      

      “這里開發(fā)的方法將極大地加速尋找在不同光照條件下提高光合效率的方法，”主要作者，伊利諾伊州植物生物學(xué)和作物科學(xué)的Gutgsell Endowed教授Steve Long說。
      

      在實施這項技術(shù)之前，他們可以快速測序這些生物體的DNA，但缺乏生物學(xué)工具來快速找出導(dǎo)致理想特性的基因。他們將不得不花費數(shù)周或數(shù)月來創(chuàng)建基因構(gòu)建體，將它們插入植物，培育植物，并確?；蛞呀?jīng)表達(dá)。
      

      現(xiàn)在，在幾天內(nèi)，這些研究人員可以使用瞬時表達(dá)在同一葉子上并排比較多個基因，這是一種評估植物病理學(xué)家廣泛使用的基因功能的臨時技術(shù)。通過瞬時表達(dá)，將基因表達(dá)幾天，然后測試對葉子的影響。
      

      研究人員從細(xì)菌中交換出基因，這些細(xì)菌在自然界中會在開花植物的根部產(chǎn)生腫瘤生長，其基因可能會加速從NPQ中恢復(fù)。
      

      NPQ非常復(fù)雜。至少有四種不同的機(jī)制，具有不同的恢復(fù)率，共同構(gòu)成了NPQ。最快的機(jī)制是由兩種酶之間的拉鋸戰(zhàn)調(diào)解的。
      

      在這項研究中，研究人員評估過度表達(dá)這些酶如何影響NPQ。他們還評估了三種遠(yuǎn)緣相關(guān)的蛋白質(zhì)(來自單細(xì)胞藻類，苔蘚和小型開花植物)，這些蛋白質(zhì)被認(rèn)為可以激活最快的機(jī)制; 他們發(fā)現(xiàn)來自苔蘚的蛋白質(zhì)具有最快的活化能力和最大的NPQ恢復(fù)能力。
      

      最后，他們證實了來自兩種海洋藻類的基因的功能，這兩種藻類是新興的模式生物。這些基因中的一個使植物能夠產(chǎn)生已經(jīng)顯示出改善能量轉(zhuǎn)移的色素。
      

      最終，這種技術(shù)加速了研究過程。現(xiàn)在，研究人員可以利用這種技術(shù)快速鑒定提高主食作物產(chǎn)量所需的基因。通過比爾和梅林達(dá)蓋茨基金會承諾的“全球準(zhǔn)入”，這項工作的成果有一天可能會使小農(nóng)，特別是那些努力維持撒哈拉以南非洲和東南亞社區(qū)的小農(nóng)受益。
      
			

			
        
      
			
      
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