Tahıl ürünlerinde azot fiksasyon mühendisliği bir adım daha yaklaşır

Anonim

Bir İngiliz-Çin araştırma ekibi tarafından yeni bir mühendislik nitrojen fiksasyon yöntemi keşfedildi ve bize kendi nitrojenlerini düzeltmek için bir dizi ürün yetiştirme hedefini gerçekleştirmeye bir adım daha yaklaştı.

Ürün büyümesini sınırlayan en önemli faktörlerden biri nitrojenin mevcudiyetidir, ancak sadece archi denilen bakteriler ve diğer tek hücreli mikroplar havadan azot alabilir ve bitkiler tarafından kullanılabilen bir forma sabitleyebilir. Bu mikroplarla gerçekleştirilen işlem, biyolojik azot fiksasyonu olarak bilinir.

Baklagiller, simbiyotik azot-sabitleyici bakterilerden azot elde ederler, ancak buğday ve mısır içeren tahıl ürünleri, toprakta sabit nitrojenin mevcudiyetine dayanır. Pek çok durumda, kimyasal gübrelerin eklenmesi, mahsullerin iyi bir hasat sağlamak için yeterli nitrojeni temin etmenin tek yoludur.

Azotlu gübrelerin kullanımı, karbondioksitten 300 kat daha güçlü olan bir sera gazı olan azot oksiti serbest bırakır. Kendi nitrojenlerini düzeltmek için bitkileri yetiştirerek, azotlu gübrelerin kullanımını azaltmayı ve böylece çevreye olan etkilerini azaltmayı umuyoruz. Bunun gibi bir kırılma, aynı zamanda tahıl mahsulü verimliliği için dünya çapında etkilere sahip olabilir.

Bu makalede, araştırma ekibi yeni bir stratejiyi kullanarak nitrojen fiksasyonunu mühendisleştirebilmiş, bu da yeni konakçıda ifadelerinin dengeli olduğundan emin olmak için çoklu gen mühendisliği sürecini basitleştirmektedir. Azot fiksasyonu, çok sayıda kilit bileşenin dengesini gerektiren karmaşık ve hassas bir süreçtir. Şimdiye kadar, bu bileşenlerin doğru dengesini elde etmek, tahıl ürünlerinde azot fiksasyonunun mühendisliği için büyük bir zorluk olmuştur.

Yeni yöntem azot fiksasyonu için gerekli olan çok sayıda genin "dev genler" içine daha az düzenlenmesiyle çalışmaktadır. Bunlar daha sonra konakçı hücrede "poliproteinler" olarak bilinen büyük proteinler olarak eksprese edilir, bunlar daha sonra bireysel azot fiksasyon bileşenlerini serbest bırakmak için spesifik bir proteaz enzimi tarafından kesilir. Bu yöntemin yenilikçi bir kısmı, grubun gereken her bileşenin miktarını nasıl belirlediği ve daha sonra bunları birlikte gruplandırdığıdır. Bu adım, doğru dengenin üretilmesini sağlar.

John Innes Center'daki moleküler mikrobiyolojide Profesör Ray Dixon proje lideri şunları söyledi: “Bu, sentetik biyoloji için gerçekten heyecan verici bir gelişmedir, çünkü hububatta nitrojen fiksasyonunun mühendislik amaçlarına daha da yaklaşmasını sağlar.”

İşbirliği yapan Peking Üniversitesi - John Innes Center ekibi, bu heyecan verici yöntemin, karmaşık sistemleri, bakteriler gibi prokaryotlardan bitkiler gibi ökaryotik konaklara dönüştürmek için faydalı olacağını söylüyor.

Profesör Dixon, "Gelecekte bu yöntem, bitkilerde patojenlere direnç sağlayan antifungal ve antibakteriyel sekonder metabolitler üretmek için mühendislik metabolik yollarına da uygulanabilir."

PNAS dergisinde yer alan çalışmadan elde edilen önemli bulgular şunlardır:

  • RNA virüslerinden türetilmiş bir post-translasyonel protein-ekleme stratejisi, nitrojen fiksasyon (nif) gen ekspresyonunun stokiyometrisinin optimize edilmesi için klasik nitrojenaz sisteminin gen sayısını en aza indirgemek için kullanılmıştır.
  • genler, ekspresyon seviyeleri ve protein ürünlerinin TEVp proteaz bölünmesinden sonra kalan bir C-terminali "kuyruğuna" toleransları temelinde birlikte gruplandırılmıştır.
  • Birden fazla test-grup döngüsü döngüsünden sonra 14 temel gen, dinitrojen üzerinde büyümeyi sağlayan 5 dev gen içine seçici olarak monte edildi
menu
menu