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小分子RNA研究:增强大豆固氮能力

2014年10月15日11:11    来源:中国科学报    手机看新闻
原标题:小分子RNA研究:增强大豆固氮能力

一笔为期5年、总计近66万美元的研究经费,将用于弄清小分子RNA在根瘤形成中起到的关键作用。研究人员希望由此开发出固氮能力更强的大豆品种。

美国南达科他州州立大学助理教授Senthil Subramanian成为该校获美国国家科学基金会“早期职业生涯发展奖”的首位植物科学家。

美国国家科学基金会的“早期职业生涯发展奖”历来竞争激烈,旨在为尚未获得终身教授合约,但学术成绩卓越、具有发展潜力的学术新秀提供丰厚的研究经费,助其职业起飞。自1997年这一奖项设立以来,Subramanian是南达科他州州立大学第五位早期职业生涯发展奖获得者。

增强固氮能力

这笔为期5年、总计近66万美元的研究经费,将用于确定植物体内引导和协调大豆根瘤形成的特定机制。Subramanian希望由此开发新的大豆品种,更有效地制造根瘤,并通过操纵形成根瘤的分子机制来增强大豆固氮能力。

他补充说,如果在豆科植物,例如大豆中能做到这一点,那么这种特征或许也能被转移到其他不能固氮的作物中。

如今许多现代农业均依赖于通过工业生产的方法提供的含氮化合物,但这需要消耗大量能源。活性氮作为从农田中排出的废弃物,排放到大气和水中后,也会导致人类患呼吸系统疾病、癌症和心脏病。

按照Subramanian的说法,作物合成的氮越多,需要的肥料就越少。这样一来生产成本就降低了,同时也减少了对环境的潜在危害。

制造可用的氮

Subramanian解释说,大气中虽然有大量的氮,但却不是植物能够直接使用的形式。豆类,例如大豆,能与土壤中的细菌形成互惠互利的关系,将大气中的氮固定住。

“豆科植物形成一种特殊结构来供细菌栖居,其中的生化条件有利于细菌将氮固定住。”Subramanian说,植物为细菌提供碳水化合物,并从细菌那里得到氮作为回报。

这种细菌被称为根瘤菌。根瘤菌进入植物幼苗的根细胞,促使根瘤形成并供细菌栖居。他解释说,在根瘤内部,原本完全一样的根细胞分化形成两个截然不同的区域,一个区域将氮固定住,另一个区域将氮输送给植物。

确定目标基因

Subramanian解释说,在具体的根细胞中,特定基因的表达将决定根细胞的命运:在哪个区域中发挥作用。因此他试图弄清,是哪些小分子RNA引导基因的表达,并促成这一分化。

“我们需要弄清,促使一个细胞朝向这个或那个区域发展的信号是什么。”他解释说。

Subramanian将小分子RNA比作一辆汽车里的刹车系统。

“小分子RNA调控目标基因的活性水平。”他解释说,这意味着使目标基因的活性保持在一个特殊的阈值之下,限制特定细胞类型的活性,并准确控制活性水平增强和减弱的时机。这些相互作用影响到植物的根瘤形成以及根瘤形成后的固氮能力。

Subramanian及其研究小组已经确定,小分子RNA160能影响根瘤的形成。小分子RNA160含量水平在根瘤形成过程中必须保持极低,而在成熟的固氮根瘤中则很高。

这项研究受美国农业部资助,也得到了农业实验站和南达科他州大豆研究理事会的支持。目前,研究小组已经鉴别出近150种有可能影响根瘤形成的小分子RNA。

Subramanian计划将这笔奖金用于弄清特定小分子RNA在根瘤两个区域形成中起到的关键作用。(编译 熊姣)

(责编:朱妮(实习生)、赵竹青)


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