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      天天新資訊:合成遺傳回路助植物適應氣候變化,確保人類擁有耐惡劣環境的品種

      科技日報 | 2022-08-15 15:53:18


      (資料圖片僅供參考)

      科技日報記者?張夢然

      美國斯坦 福大學研究人員正在研究操縱植物生物過程的方法,以幫助它們在各種條件下更有效地生長。他們設計了一系列合成遺傳回路,能控制不同類型植物細胞的生長。在 最近發表于《科學》雜志的一篇論文中,介紹了他們用這些工具來種植具有改良根結構的植物。這些方法有助于設計出能更好地從土壤中收集水分和養分的作物,并 為設計、測試和改進植物中其他功能的遺傳回路提供了框架。

      合成遺傳回路旨在重新連接植物根系中基因表達,可用于改變它們的生長方式。圖片來源:詹妮弗·布羅菲/《科學》在線版

      全球糧食生產日益受到氣候變化的影響,隨著洪水、干旱和極端熱浪越來越普遍,作物需要能更快地適應變化的環境。

      為了實現對植物行為的精細控制,研究團隊構建了合成DNA。該DNA像計算機代碼一樣工作,具有指導決策過程的邏輯門。在這種情況下,他們使用這些邏輯門來指定某些細胞表達某些基因,從而使在不改變植物其余部分的情況下調整根系中的分支數量。

      植物根系的深度和形狀會影響它從土壤中提取不同資源的效率。例如,具有許多分枝的淺根系更善于吸收磷(停留在地表附近),而在底部分枝的較深根系更善于收 集水和氮。使用這些合成遺傳回路,研究人員可設計、種植并測試各種根系,從而為不同的環境創造出最有效的作物。在未來,還能賦予植物自我優化的能力。

      研究人員設計了1000多個潛在回路,以操縱植物中的基因表達。他們發現了188種有效設計,正在將這些設計上傳到合成DNA數據庫,供其他科學家使用。

      研究人員在煙草植物的葉子中測試了一種回路,觀察能否讓葉細胞產生一種在水母中發現的發光蛋白質。此外,他們還使用其中一種回路來創建邏輯門,該邏輯門能在精確定義的擬南芥根細胞中修改特定發育基因的表達。實驗證明,該回路可改變擬南芥根系的生長結構。

      研究人員稱,氣候變化正在改變植物生長的環境,而種植是人類獲取食物、燃料、纖維和藥物原材料的基本途徑。這項工作旨在幫助人類在環境條件變得不利時,也擁有可種植的品種。

      關鍵詞: 研究人員 氣候變化 基因表達 惡劣環境

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