Het zaaien van een nieuwe ‘Groene Revolutie’ – Onderzoekers ontdekken nieuw gen voor graangewassen

Onderzoekers aan de Universiteit van Oxford en de Chinese Academie van Wetenschappen hebben een nieuw gen dat de opbrengst en kunstmest efficiëntie van granen zoals tarwe en rijst verbetert ontdekt.

De wereldwijde 20ste eeuw ‘Groene Revolutie’, die enorme jaar-op-jaar stijging van de wereldwijde graan opbrengsten zag, werd gevoed door de ontwikkeling door kwekers in de jaren 1960 van de nieuwe hoogproductieve dwarfed rassen bekend als Green Revolution Rassen (GRVs).

Deze verkleind GRVs steeds domineren over de hele wereld in gewassen van vandaag tarwe en rijst. Omdat ze verkleind, met korte stelen, GRVs besteden relatief meer middelen dan grote planten te verbouwen van graan in plaats van stamcellen, en zijn minder gevoelig voor schade door wind en regen schade opleveren. Echter, groei van GRVs vereist dat boeren grote hoeveelheden stikstofhoudende meststoffen op hun velden. Deze meststoffen zijn duur om te boeren en veroorzaken grote schade aan de natuurlijke omgeving. Ontwikkeling van nieuwe GRVs combineert hoge opbrengst met een verminderde meststof eis is dus dringend een wereldwijde duurzame doel landbouw.

Een belangrijke nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Natuur, geleid door professor Xiangdong Fu uit de Chinese Academie van Instituut voor Genetica en Developmental Biology Sciences’, en professor Nicholas Harberd van de Afdeling Plant Sciences aan de Universiteit van Oxford, -Deel gefinancierd door de BBSRC-Newton Rice Initiative, heeft voor het eerst een gen dat kan helpen dat doel te bereiken ontdekt.

Het vergelijken 36 verschillende dwarfed rijstverscheidenheden, het onderzoek identificeerde een nieuwe natuurlijke genvariant dat de snelheid waarmee planten omvatten stikstof uit de bodem toeneemt. De gevonden genvariant verhoogt de hoeveelheid in plantencellen van een eiwit genaamd GRF4. GRF4 een "gentranscriptie factor die de activiteit van andere genen stimuleert - genen die zelf bevorderen stikstofopname en assimilatie.

Professor Harberd genoemde: ‘Het ontdekken van een dergelijk belangrijke regulator van plantaardige stikstofopname was spannend op zichzelf. Maar we waren nog meer opgewonden om vervolgens te ontdekken dat GRF4 heeft een nog bredere rol. Planten groeien door de gecoördineerde metabole incorporatie van materie uit de omgeving. We ontdekten dat GRF4 coördineert planten opname van stikstof uit de bodem met de opname van koolstof uit de atmosfeer. Hoewel dergelijke algemene coördinatoren van de stofwisseling van de plant al lang bekend dat bestaan, hun moleculaire identiteit had eerder onbekend gebleven, en onze ontdekking is daarom een ​​belangrijke stap vooruit in ons begrip van hoe planten groeien.’

In dwarf GRVs de promotive coördinerende metabolische activiteit van GRF4 wordt geremd door een groei onderdrukkende eiwit genaamd DELLA. Deze remming vermindert het vermogen van GRVs stikstof bevatten uit de bodem, en is de reden waarom de boeren nodig hebben om een ​​hoge hoeveelheid gebruikte meststoffen te gebruiken om hoge GRV opbrengsten te verkrijgen.

Professor Harberd genoemde: ‘We redeneerden dat het kantelen van de GRF4-DELLA balans in het voordeel van GRF4 de behoefte aan hoge hoeveelheid gebruikte meststoffen in GRV teelt kunnen verminderen. Tot onze vreugde, We vonden dat het verhogen GRF4 niveaus veroorzaakte een verhoging van de graanopbrengst zowel rijst en tarwe GRVs, met name bij lage ingangsniveaus kunstmest.’

De onderzoekers zeggen GRF4 moet nu een belangrijk doelwit voor plantenkwekers worden in het verbeteren van de opbrengst van gewassen en kunstmest efficiëntie, met als doel het bereiken van de wereldwijde graanopbrengst verhoogt nodig om een ​​groeiende wereldbevolking te voeden bij verminderde milieukosten.

Professor Harberd toegevoegd: ‘Deze studie is een goed voorbeeld van hoe het nastreven van fundamentele wetenschap doelstellingen plant kan snel leiden tot mogelijke oplossingen voor mondiale uitdagingen. Ze ontdekt hoe planten coördineren hun groei en metabolisme, dan laat zien hoe die ontdekking fokkerij strategieën voor duurzame voedselzekerheid en toekomstige nieuwe Groene Revolutie kunt inschakelen.

Bron:

http://www.ox.ac.uk/