基因工程的支持者早就承诺,它将帮助满足世界对食品日益增长的需求。但是,尽管创造了许多抗转基因(GM)抗虫和除草剂的农作物,但科学家在促进农作物生长方面并未取得太大成功。现在,研究人员首次确定性地表明,通过改变可促进植物生长的基因,无论生长条件是否恶劣或最佳,他们都可以将玉米产量提高10%。

新的转基因玉米产量比同类玉米高10%

“这真是令人难以置信,”爱荷华州立大学爱荷华州立大学的分子生物学家坎·王说,他没有参与这项新研究。她说,除了增加玉米收成外,新的改良方法还将激励其他研究人员寻求从其他农作物中诱使更高的产量。

世界上种植最广泛的转基因作物,包括大豆,玉米和棉花,都是通过一些相对简单的基因调整而产生的。例如,通过将细菌中的单个基因添加到某些农作物品种中,科学家们赋予了他们制造杀死多种昆虫的蛋白质的能力。另一种简单的基因操作导致农作物能够耐受草甘膦或其他除草剂。好处之一是农民可以杀死杂草而不会侵蚀土壤。还有另一种在干旱期间保护作物。但是,要想在良好条件下也能产出更多谷物的植物要困难得多,因为植物生长涉及复杂的遗传学。

从2000年左右开始,世界各地的公司开始认真筛选可能增加产量的单个基因。由于成功率低,只有少数已鉴定的基因显示出希望,而且许多公司减少或停止了与作物产量相关的基因筛选。

但是位于特拉华州威尔明顿市的化学和种子公司Corteva Agriscience的研究人员决定研究基因,这些基因的功能类似于生长和产量的主开关。他们选择了MADS-box基因(在许多植物中很常见),然后定居在一个玉米植物上(zmm28)进行改变。使用调控发育的基因的挑战是确保它们在正确的时间和正确的组织类型中打开正确的量。Corteva的植物生理学家杰夫·哈本(Jeff Habben)表示:“如果基因太活跃,就很容易弄乱植物”。

高特准确pk10计划该小组试图将zmm28与一个新的启动子融合,该启动子是控制基因何时被激活的一段DNA。经过一番尝试后,他们发现了一种可靠的方法。通常,当玉米植物开始开花时,zmm28打开。添加的启动子比自然发生的早打开了zmm28,并且在开花后也继续增强了该基因的有益作用。Wang说:“如果使基因工作更长,更久,就可以使植物表现更好。”

研究人员在48种商业玉米中测试了这种增强基因的性能,这些玉米通常被称为杂种,用于饲养牲畜。在2014年至2017年间对美国玉米种植地区进行的田间试验中,他们发现转基因杂种的谷物产量通常比对照植物高3%至5%。研究小组本周在《美国国家科学院院刊》上报道说,有些化合物的产率提高了8%至10%。不论生长条件好坏,都将获得收益。“这是转基因作物在田间环境中确实令人信服的最佳例子之一,”英国哈彭登Rothamsted Research的作物科学家Matthew Paul说。

增长的增长归因于几个因素。首先,工程植物的叶子稍大,将阳光转化为糖的效果要好8%至9%。Corteva的植物生理学家吴静瑞(Jingrui Wu)说:“这种增加确实是一个很大的问题,因为光合作用很难通过基因工程来改善。植物在利用氮(氮是一种关键的土壤养分)方面的效率也提高了16%至18%,这也是植物育种者由于复杂的遗传因素而难以操纵的另一个特性。

“从商业角度看,这看起来非常有希望,”比利时佛兰德斯研究所VIB的分子生物学家DirkInzé说。Corteva已向美国农业部(USDA)申请批准新的高产杂交种。(尽管zmm28及其启动子天然存在于玉米中,但它们是使用USDA作为生物技术进行调控的技术进行配对的。)

高特准确pk10计划哈本估计,要在世界各国获得正式批准,将需要6到10年的时间。Inzé说,相关的调控基因很有可能提高其他谷物的产量。Wang说,在玉米上进行的大规模田间试验“强化了我们的信念,即如果我们聪明地进行,可以提高内在产量。”“这确实会给人们灵感。”

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