【解放日报】这位不会说中文的外籍科学家在上海研究植物,还研究出了名堂有望降低氮肥的使用-j9九游会登录入口

【解放日报】这位不会说中文的外籍科学家在上海研究植物,还研究出了名堂有望降低氮肥的使用

文章来源:分子植物科学卓越创新中心  |  发布时间:2021-10-29  |  【】 【】

  

当下,人们往往施用氮肥来提高农作物产量。我国氮肥利用率仅为30%左右,而且化学生产氮肥需要耗费大量的能量。

豆科植物已经存在了数千万年,我国周朝的学者就注意到了它对农业的重要性。作为世界三大粮食作物之一,大多豆科植物能形成高效的“固氮工厂”,将空气中的氮气转变成植物可利用的氨,是潜在的新型氮肥来源。

2021年10月29日,国际学术期刊《科学》在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心杰睿(jeremy dale murray)研究组与合作团队完成的研究论文,他们阐述了豆科植物“固氮”的新调控机制。这有助于水稻和玉米等非豆科植物实现自主固氮的研究,进而降低氮肥的使用,对于节约农业生产成本和生态环境保护具有重大意义。

【“根据dna追溯该调控模式的前世今生”】

神奇的大自然有天然的生物固氮系统——土壤中的固氮菌,大多豆科植物能与其建立共生关系,形成天然、高效的“固氮工厂”——根瘤。

根瘤中含有大量的固氮工具,能够将空气中的氮气转变成植物可利用的氨。为了提高根瘤菌的固氮能力,豆科植物会产生大量豆血红蛋白来紧密结合根瘤中的氧气,进而有效提高“固氮工厂”的工作效率,但一直以来豆科植物如何调控豆血红蛋白基因的表达尚不清楚。

“每棵植物的历史都镌刻在其dna中,我们则根据其dna追溯到该调控模式的前世今生。”杰睿说。

nlp家族是植物特有的一类转录因子,参与调节植物氮代谢过程。研究团队发现,nlp家族中的两个成员nlp2和nin在根瘤中具有“高人一等”的表达量。“有意思的是,我们在对nlp2突变体根瘤进行分析时,意外地发现当植物缺少了nlp2后,豆血红蛋白基因的表达也受到了影响,同时根瘤的固氮能力下降。”

该团队进一步揭示了nlp家族成员nin和nlp2通过直接结合特殊的“硝酸盐响应元件”,来激活根瘤中豆血红蛋白基因的表达,平衡固氮所必需的氧气微环境。

该研究首次发现豆科植物中nlp家族直接调控豆血红蛋白表达,揭示了豆科植物如何建造“固氮工厂”的分子机制,为提高豆科植物的固氮能力提供了理论支撑。

【“我在上海的研究组规模比之前的都大”】

杰睿是一名来自加拿大的外籍科学家,如今他是中国科学院分子植物科学卓越创新中心的一名全职研究员。像他一样的外籍全职科学家,在分子植物卓越中心还有6位,分别来自希腊、日本、韩国和西班牙。

为何选择了上海?杰睿说,之前他在英国约翰·英纳斯中心工作了7年之久,他的两位同事谢芳和王二涛,先后来到了分子植物卓越中心,并做出了出色的研究。“这个研究机构在国际上也是非常知名的,因此我想来中国看一看。”杰睿的妻子是一位中国人,这也坚定了他来到中国的决心。

如今,杰睿来到上海已经快3年了,尽管不会说中文,但他表示在这里工作很开心。分子植物卓越中心为他配备了科研“管家”,处理各种日常事务,这样他可以专注于自己的研究。“我在上海的研究组规模比之前的都大,许多想要做的研究都可以去探索。”

“能否把豆科植物固氮的基因,放到玉米、水稻等非豆科植物中去,是国际上的一个热点问题,比尔·盖茨在国外也资助了相关项目。”分子植物卓越中心副主任王佳伟说。

据介绍,分子植物卓越中心在这方面的研究具有“集群效应”,包括杰睿在内的3个研究组,其研究方向分别处于该领域的“上中下游”,已形成研究的“全链条”。“我国对植物科学研究的支持力度越来越大,相信会有更多高质量的产出。”

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