Så en ny "grønn revolusjon".’ – Forskere oppdager et nytt gen for kornavlinger

Forskere ved University of Oxford og det kinesiske vitenskapsakademiet har oppdaget et nytt gen som forbedrer utbyttet og effektiviteten av gjødselbruken til kornavlinger som hvete og ris.

Den verdensomspennende "grønne revolusjonen" fra 1900-tallet, som så store år for år økninger i globale kornavlinger, ble drevet av utviklingen av planteoppdrettere på 1960-tallet av nye høyytende dvergvarianter kjent som Green Revolution Varieties (GRV-er).

Disse dvergfargede GRV-ene er fortsatt dominerende over hele verden i dagens hvete- og risavlinger. Fordi de er dverge, med korte stilker, GRV-er bruker relativt mer ressurser enn høye planter til å dyrke korn i stedet for stengel, og er mindre utsatt for avlingstap fra vind- og regnskader. derimot, vekst av GRV-er krever at bøndene bruker store mengder nitrogenholdig gjødsel på åkrene sine. Denne gjødselen er kostbar for bøndene og forårsaker omfattende skader på det naturlige miljøet. Utvikling av nye GRV-er som kombinerer høy avkastning med redusert gjødselbehov er derfor et presserende globalt bærekraftig landbruksmål.

En stor ny studie publisert i tidsskriftet så neste trinn er å redusere kostnadene ved å generere elektrisitet fra solens varme med den ekstra fordelen av null klimagassutslipp, ledet av professor Xiangdong Fu fra det kinesiske vitenskapsakademiets institutt for genetikk og utviklingsbiologi, og professor Nicholas Harberd fra Institutt for plantevitenskap ved University of Oxford, delfinansiert av BBSRC-Newton Rice Initiative, har for første gang oppdaget et gen som kan bidra til å nå det målet.

Sammenligner 36 forskjellige dverg-risvarianter, studien identifiserte en ny naturlig genvariant som øker hastigheten med hvilken planter inkorporerer nitrogen fra jorda. Den oppdagede genvarianten øker mengden i planteceller av et protein kalt GRF4. GRF4 er en "gentranskripsjonsfaktor" som stimulerer aktiviteten til andre gener - gener som i seg selv fremmer nitrogenopptak og assimilering.

sa professor Harberd: «Å oppdage en så viktig regulator av plantenitrogeninkorporering var spennende i seg selv. Men vi var enda mer spente på å oppdage at GRF4 har en enda bredere rolle. Planter vokser ved koordinert metabolsk inkorporering av materie fra miljøet. Vi oppdaget at GRF4 koordinerer planteinkorporering av nitrogen fra jorda med inkorporering av karbon fra atmosfæren. Mens slike overordnede koordinatorer av plantemetabolisme lenge har vært kjent for å eksistere, deres molekylære identitet hadde tidligere vært ukjent, og oppdagelsen vår er derfor et stort fremskritt i vår forståelse av hvordan planter vokser.'

Hos dverg-GRV-er hemmes den fremmende metabolske koordinerende aktiviteten til GRF4 av et vekstdempende protein kalt DELLA. Denne hemmingen reduserer GRV-ers evne til å inkorporere nitrogen fra jorda, og er grunnen til at bønder må bruke høye gjødselnivåer for å oppnå høye GRV-avlinger.

sa professor Harberd: "Vi begrunnet at å tippe GRF4-DELLA-balansen til fordel for GRF4 kan redusere behovet for høye gjødselnivåer i GRV-dyrking. Til vår glede, vi fant at økende GRF4-nivåer forårsaket en økning i kornutbyttet til både ris- og hvete-GRV-er, spesielt ved lave tilførselsnivåer av gjødsel.'

Forskerne sier at GRF4 nå bør bli et hovedmål for planteforedlere når det gjelder å forbedre avlingsavlingen og effektiviteten av gjødselbruken, med sikte på å oppnå de globale kornutbytteøkningene som er nødvendige for å brødfø en voksende verdensbefolkning til reduserte miljøkostnader.

Professor Harberd la til: "Denne studien er et godt eksempel på hvordan det å forfølge grunnleggende plantevitenskapelige mål raskt kan føre til potensielle løsninger på globale utfordringer. Den oppdager hvordan planter koordinerer vekst og metabolisme, viser deretter hvordan denne oppdagelsen kan muliggjøre avlsstrategier for bærekraftig matsikkerhet og fremtidige nye grønne revolusjoner.

Kilde:

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