英国：设计新的信号网络以生产需要较少肥料的作物
2019年七月31日 牛津大学和剑桥大学之间的跨学科研究合作设计了一种新的合成植物微生物信号通路，可以为将固氮转移到谷物提供基础。
出版于 自然通讯 今天，由植物科学家、微生物学家和化学家组成的团队使用合成生物学技术设计并设计了植物与其根部周围的细菌之间的分子对话，该区域称为根际。这种合成的信号系统可能是在小麦和玉米等非豆科作物中成功设计固氮共生的重要一步。
增强根系微生物群对于提高营养贫瘠土壤的作物产量和减少化肥使用具有巨大潜力。
共同主要作者、牛津植物科学系的 Barney Geddes 博士说：“植物通过发出吸引或抑制特定微生物的化学信号来影响其根际的微生物群。对谷物植物进行工程改造，使其产生与根部细菌进行交流和控制的信号，这可能使它们能够利用这些细菌的生长促进服务，包括固氮。
“为此，我们选择了一组通常由豆科植物根瘤中的细菌产生的化合物，称为 rhizopines。首先，我们必须发现生产根氮平的天然生物合成途径，然后设计一种更容易转移到植物中的合成途径。我们能够将合成信号通路转移到包括谷物在内的多种植物中，并设计出根际细菌对根氮平的反应。”
联合主要作者，牛津大学的 Amelie Joffrin 博士开发了一种新的立体选择性合成关键根氮平。她说：“合成化学对于提供能够研究根氮平生物合成及其从细菌到植物的转移的化合物至关重要。特别是，产生的根瘤碱使我们能够确认哪种是关键生物活性化合物的天然活性对映异构体（手）。”
剑桥大学塞恩斯伯里实验室的联合主要作者 Ponraj Paramasivan 博士解释了该团队如何将根氮平合成基因转移到大麦中，以评估他们是否可以在谷物中设计根氮平合成。
“我们确认了大麦的合成，然后将根氮平渗入其根际，”她说。 “然后我们测量了大麦根和根际细菌之间的信号传导，发现大多数细菌菌落都发生了显着水平的通信。这些结果意味着我们可以潜在地利用这种跨界信号通路来激活根系微生物群以固定氮，以及许多其他促进植物生长的服务，例如生产抗生素或激素或溶解土壤养分。
“这种合成信号通路的一个关键优势是，只有经过工程设计产生信号的特定作物才会受益。这意味着目前与目标作物一样受益于施用化肥的杂草不会从这些增强的植物-微生物关联中受益，因为它们不会产生这种与细菌交流的新型信号分子。”
Poole、Oldroyd 和 Conway 实验室未来的工作将集中在植物如何控制根系细菌的关键过程，如固氮、磷酸盐溶解和植物生长促进。这打开了细菌微生物组的世界及其多样化的新陈代谢，以由植物，特别是谷物来控制。它可能是试图将固氮技术引入谷物的关键组成部分。
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