เว็บสล็อต วิศวกรรมตรึงไนโตรเจนในพืชธัญพืชก้าวไปอีกขั้น

เว็บสล็อต ทีมวิจัยอังกฤษ-จีนค้นพบวิธีใหม่ในการตรึงไนโตรเจนทางวิศวกรรม ทำให้เราเข้าใกล้เป้าหมายของวิศวกรรมพืชหลายชนิดเพื่อตรึงไนโตรเจนในตัวเองเข้าไปอีกก้าวหนึ่งปัจจัยสำคัญประการหนึ่งที่จำกัดการเจริญเติบโตของพืชคือการมีอยู่ของไนโตรเจน แต่มีเพียงแบคทีเรียและจุลินทรีย์เซลล์เดียวที่เรียกว่าอาร์เคียเท่านั้นที่สามารถนำไนโตรเจนจากอากาศมาตรึงให้อยู่ในรูปแบบที่พืชสามารถใช้ได้ 

กระบวนการที่ดำเนินการโดยจุลินทรีย์เหล่านี้

เรียกว่าการตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพพืชตระกูลถั่วได้ไนโตรเจนจากแบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจนโดยพึ่งพาอาศัยกัน แต่พืชธัญพืชรวมทั้งข้าวสาลีและข้าวโพดเลี้ยงสัตว์นั้นพึ่งพาไนโตรเจนคงที่ในดิน ในหลายกรณี การเติมปุ๋ยเคมีเป็นวิธีเดียวที่จะให้ไนโตรเจนแก่พืชผลได้เพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่าเก็บเกี่ยวได้ดี

การใช้ปุ๋ยไนโตรเจนจะปล่อยไนตรัสออกไซด์ ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกซึ่งมีพลังมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ถึง 300 เท่า ด้วยวิศวกรรมพืชผลเพื่อตรึงไนโตรเจนในพืช เราหวังว่าจะลดการใช้ปุ๋ยไนโตรเจน ซึ่งจะทำให้ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมลดลง การหยุดชะงักเช่นนี้อาจมีนัยทั่วโลกต่อผลผลิตธัญพืช

ในบทความนี้ ทีมวิจัยสามารถออกแบบการตรึงไนโตรเจนโดยใช้กลยุทธ์ใหม่ ซึ่งทำให้กระบวนการวิศวกรรมหลายยีนง่ายขึ้น เพื่อให้แน่ใจว่าการแสดงออกของยีนเหล่านั้นสมดุลกันในโฮสต์ใหม่ การตรึงไนโตรเจนเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและละเอียดอ่อน ซึ่งต้องการความสมดุลของส่วนประกอบหลักจำนวนมาก จนถึงปัจจุบัน การบรรลุความสมดุลที่เหมาะสมของส่วนประกอบเหล่านี้เป็นความท้าทายหลักในด้านวิศวกรรมการตรึงไนโตรเจนในพืชธัญพืช

วิธีการใหม่นี้ทำงานโดยการจัดยีนจำนวนมากซึ่งจำเป็นสำหรับการตรึงไนโตรเจนให้เป็น “ยีนยักษ์” จำนวนน้อยลง สิ่งเหล่านี้จะถูกแสดงออกในเซลล์เจ้าบ้านเป็นโปรตีนขนาดใหญ่ที่เรียกว่า “โพลีโปรตีน” ซึ่งต่อมาถูกตัดออกโดยเอนไซม์โปรตีเอสจำเพาะเพื่อปลดปล่อยส่วนประกอบการตรึงไนโตรเจนแต่ละส่วน ส่วนที่เป็นนวัตกรรมใหม่ของวิธีนี้คือการที่กลุ่มระบุปริมาณของแต่ละองค์ประกอบที่ต้องการ แล้วจัดกลุ่มไว้ด้วยกัน ขั้นตอนนี้ช่วยให้แน่ใจว่ามีการผลิตสมดุลที่เหมาะสม

ศาสตราจารย์ Ray Dixon หัวหน้าโครงการด้านจุลชีววิทยาระดับโมเลกุลที่ John Innes Center กล่าวว่า “นี่เป็นการพัฒนาที่น่าตื่นเต้นมากสำหรับชีววิทยาสังเคราะห์ เพราะมันทำให้เป้าหมายของการตรึงไนโตรเจนทางวิศวกรรมในซีเรียลเข้าใกล้มากขึ้น”

ทีมงานของมหาวิทยาลัยปักกิ่ง – John Innes Center กล่าวว่าวิธีการที่น่าตื่นเต้นนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการเปลี่ยนระบบที่ซับซ้อนจากโปรคาริโอตเช่นแบคทีเรียไปเป็นโฮสต์ของยูคาริโอตเช่นพืช

ศาสตราจารย์ดิกสันกล่าวต่อว่า “ในอนาคต วิธีนี้อาจนำไปใช้กับเส้นทางการเผาผลาญทางวิศวกรรมในพืชเพื่อผลิตสารต้านเชื้อราและต้านเชื้อแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดการต่อต้านเชื้อโรค”

การค้นพบที่สำคัญจากการศึกษาที่ปรากฏในวารสาร

กลยุทธ์การต่อโปรตีนหลังการแปลที่ได้มาจากไวรัสอาร์เอ็นเอถูกนำมาใช้เพื่อลดจำนวนยีนของระบบไนโตรเจนแบบคลาสสิกให้น้อยที่สุดเพื่อให้เหมาะสมที่สุดสำหรับการแสดงออกของยีนตรึงไนโตรเจน (nif)

ยีนถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกันตามระดับการแสดงออกและความทนทานของผลิตภัณฑ์โปรตีนจนถึง “หาง” ของปลาย C ที่ยังคงอยู่หลังจากความแตกแยกของโปรตีเอส TEVp

หลังจากรอบการทดสอบ-จัดกลุ่มใหม่หลายรอบ ยีนที่จำเป็น 14 ตัวถูกรวบรวมอย่างคัดเลือกเป็น 5 ยีนยักษ์ที่ช่วยให้เจริญเติบโตบนไดไนโตรเจน

การพัฒนาภาคเมล็ดพันธุ์

PVP มีส่วนสำคัญในการพัฒนาภาคเมล็ดพันธุ์อย่างเป็นทางการ ซึ่งเกษตรกรสามารถเข้าถึงเมล็ดพันธุ์คุณภาพสูงได้ ระบบ PVP ที่ใช้งานได้ช่วยให้พ่อพันธุ์แม่พันธุ์มั่นใจในการทำตลาดพันธุ์โดยไม่ต้องกลัวว่าจะถูกละเมิด ข้อกำหนดสำหรับความแตกต่างของพันธุ์ ความสม่ำเสมอ และความเสถียรช่วยให้มีพันธุ์พร้อมคำอธิบายที่ชัดเจน ซึ่งเป็นลักษณะที่สำคัญมากสำหรับระบบเมล็ดพันธุ์ที่เป็นทางการ ปัจจุบันมีบริษัทเมล็ดพันธุ์ที่จดทะเบียนมากกว่า 130 แห่ง โดย 70 แห่งมีส่วนร่วมในการผลิต/นำเข้าและการตลาดเมล็ดพันธุ์ที่หลากหลาย ภาคเมล็ดพันธุ์ที่เป็นทางการรองรับเกษตรกรจากการได้รับเมล็ดพันธุ์ที่ไม่บริสุทธิ์จากพันธุ์

ภาคเมล็ดพันธุ์ให้โอกาสที่ดีในการเติบโตและเป็นกลไกสำคัญในการบรรลุความมั่นคงด้านอาหารและโภชนาการและการสร้างความมั่งคั่งในการเกษตร ระบบคุ้มครองพันธุ์พืชที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากลเป็นกุญแจสำคัญในการขับเคลื่อนภาคเมล็ดพันธุ์ที่เจริญรุ่งเรือง จำเป็นสำหรับประเทศในแอฟริกาที่จะต้องพิจารณาการจัดตั้งระบบป้องกันพันธุ์พืชและการเป็นสมาชิก UPOV

หมายเหตุบรรณาธิการ: Dr. Esther Kimani เป็นกรรมการผู้จัดการของ Kenya Plant Health Inspectorate Service

บรรลุ  วัตถุประสงค์หลัก

Cécile Collonnier

ตามรายงานของ Collonnier จุดมุ่งหมายของโครงการคือการสำรวจ พัฒนา และทดสอบ/เตรียมการนำแนวทางใหม่ไปปฏิบัติ “จะมีการเน้นที่การศึกษาพันธุศาสตร์ × สิ่งแวดล้อม × การจัดการ, (epi) จีโนไทป์, ฟีโนไทป์ปริมาณงานสูง (การสังเกตอัตโนมัติด้วยเซ็นเซอร์ต้นทุนต่ำตามเทคนิคการเรืองแสง, ความร้อนและการถ่ายภาพด้วยสเปกตรัม), ชีวสารสนเทศและชีวสถิติ” เธอกล่าว

Collonnier เพิ่มโปรเจ็กต์จะใช้ข้อมูลในอดีตจากการทดสอบวาไรตี้ที่ทำในอดีต แต่จะผลิตข้อมูลการทดลองใหม่ด้วย “การวิเคราะห์ทางชีวสารสนเทศของข้อมูลจีโนมจะช่วยให้สามารถพัฒนาชุดเครื่องหมายโมเลกุลชุดใหม่เพื่อปรับปรุงการจัดการคอลเลกชันอ้างอิงสำหรับการทดสอบ DUS ที่ช่วยลดจำนวนพันธุ์อ้างอิงที่ใช้ในภาคสนามเมื่อมีการทดสอบความหลากหลายของตัวเลือก การศึกษาความสัมพันธ์ของจีโนมในวงกว้างจะดำเนินการเพื่อระบุเครื่องหมายใหม่ที่เชื่อมโยงกับลักษณะฟีโนไทป์ต่างๆ เพื่อเร่งการประเมินคุณลักษณะ DUS บางอย่าง” เว็บสล็อต