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英國牛津大學(xué)宣稱，該校與劍橋大學(xué)研究人員合作，利用合成生物學(xué)技術(shù)，設(shè)計(jì)出了植物與其根際細(xì)菌之間的分子信號通路，這一合成信號系統(tǒng)有助于小麥和玉米等非豆類作物成功固氮，對利用增強(qiáng)根系微生物群來改善營養(yǎng)不良土壤的作物產(chǎn)量以及減少大田化肥使用量有著巨大應(yīng)用前景。研究成果發(fā)表在近日出版的《自然通訊》雜志上。

植物通過發(fā)出化學(xué)信號來吸引或抑制特定微生物，影響其根際微生物群。研究人員通過對谷類植物進(jìn)行改造，使其產(chǎn)生一種信號，可以與其根系周圍細(xì)菌交流并加以控制，使它們能夠利用這些細(xì)菌來促進(jìn)生長，包括提高固氮能力。

研究第一作者、牛津大學(xué)植物科學(xué)系格迪斯博士介紹：“我們選取了一組細(xì)菌在豆科根瘤中產(chǎn)生的化合物，稱為根狀莖(rhizopines)。首先，我們必須發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生根狀莖的天然生物合成路徑，然后設(shè)計(jì)一個更容易轉(zhuǎn)移到其他植物上的合成途徑，將合成的信號傳導(dǎo)途徑轉(zhuǎn)移到包括谷物在內(nèi)的許多植物上，并設(shè)計(jì)出根際細(xì)菌對根狀莖的反應(yīng)。”

主要研究人員、劍橋大學(xué)塞恩斯伯里實(shí)驗(yàn)室的帕拉馬斯凡博士解釋說，他們測量了大麥的根和根圍細(xì)菌之間的通信信號，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)菌落之間都存在明顯的通信。這意味著他們有可能利用這種跨界信號通路，激活根系周圍的微生物群來固定氮，以及其他促進(jìn)植物生長需要的功能，如生產(chǎn)抗生素、激素或溶解土壤養(yǎng)分。

他說：“這種合成信號通路的一個重要優(yōu)點(diǎn)是，只有被設(shè)計(jì)成產(chǎn)生這種信號的特定作物才會受益。這意味著，與目標(biāo)作物一樣從化肥應(yīng)用中受益的雜草，將不會從植物和微生物之間的關(guān)聯(lián)中受益。”

研究人員稱，將進(jìn)一步對植物如何控制根圍細(xì)菌的關(guān)鍵過程，如固氮、磷酸鹽溶解和促進(jìn)植物生長等開展研究，這些研究將為谷物控制細(xì)菌微生物群及其多樣化代謝打開大門。

關(guān)鍵詞： 合成生物學(xué)