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植物表型成像系统助力研究促进玉米增产基因

2020.4.04

玉米主要用作动物饲料,也可供人类食用,一小部分用于生产生物燃料。世界范围内,玉米年种植面积达1.8亿公顷,年产量接近10亿吨,是全球种植量最大的农作物。由于全球变暖以及极端天气状况对农业影响范围越来越广,研究新型玉米品种对保障充足的玉米产量极为重要,而通过选取促生长基因,育种者可以培育出改良的农作物品种,即使遭遇气候变化也能保证作物产量。

日前,来自比利时研究机构VIB-UGent的科学家发现了一种能显著促进植物生长、提高玉米种子产量的基因——磷脂酶A1基因(PLA1),试验结果表明提高该基因的表达,可以使杂交玉米种子产量增产10%到15%。

在此项研究中,德克•英泽(Dirk Inzé)教授和希尔德·内利森(Hilde Nelissen)博士领导的 VIB-UGent科学家团队对玉米叶片发育的分子机制进行了研究。研究发现,磷脂酶A1的基因表达能够显著促进植物生长,并能使植物器官,如叶片、穗轴增大。细胞层面的研究结果也证明了磷脂酶A1能延长植物的生长期。希尔德·内利森博士称:“表达磷脂酶A1的植物生长期更长,它们的植株更大,能够产出更多籽粒,农民从中受益。”

在比利时和美国进行的多季节田间试验都表明,磷脂酶A1能增加玉米自交系和杂交种的生物量和种子产量。德克·尹泽教授称:“玉米叶片作为研究模型为科学家提供了新的探索视角,对研究如何提高诸如玉米等重要农作物的产量具有重要作用。”后续的研究重点在于揭示磷脂酶A1基因提高作物产量其背后更精确的分子机制。

另外,通过温室实验,研究人员发现磷脂酶A1对植物应对干旱胁迫也发挥着作用。磷脂酶A1的促生长特性在一定程度上可以减缓因长期缺水对植物生长造成的不良影响。《自然通讯》(Nature Communications)发表了温室试验结果、及在比利时和美国进行的为期两年的田间试验结果。

比利时的田间试验是与农业渔业研究所(Institute for Agricultural and Fisheries Research, ILVO)合作研究的,VIB与ILVO战略联盟的一项任务就是将基础研究成果转化为实际的农业应用。过去的几十年里,比利时的玉米种植显著增长,种植面积达24万公顷,是该国种植面积最广的农作物之一。

2017年10月,GCHERA世界农业奖颁奖典礼在南京农业大学举行。作为目前世界农业高等教育领域唯一的国际性奖项,比利时根特大学植物系统生物学中心主任德克•英泽(Dirk Inzé)教授凭借其在植物器官生长和生物量生产力研究中的突出贡献,摘得该奖。

德克教授长期致力于破解控制植物器官生长、生物量和结籽率的分子机理研究,是全球第一个开展植物细胞周期调节通路研究的学者,带领团队发现了植物细胞周期调控的核心元件,并证实了这些元件可用于提高植物生长和作物产量。

基于对植物细胞周期调控的研究,德克教授于1998年创立了CropDesign作物设计分公司,在全球率先使用高通量表型成像系统(Traitmill-WIWAM植物表型成系统前身)鉴定出促进水稻产量性状的关键基因。团队成功组建定制成像机器人,可实时检测拟南芥和玉米等植物的生长。

除了科研理念与成果的不断创新,德克教授还致力于推动成果的应用转化、助推相关产业的发展。由他推动建立的“根特农业生物技术园区”是目前世界第二大植物生物技术集群,联合了一流的根特大学和生命科学院基础植物研究力量,并有拜耳、巴斯夫、先正

达等大型企业机构积极参与作物改良。

WIWAM植物表型成像系统是学术背景与应用背景最纯正的植物表型成像系统,是植物表型组学设备鼻祖,北京博普特科技有限公司是WIWAM植物表型成像系统中国区独家总代理,全面负责其系列产品在中国市场的推广、销售和售后服务,在PLA1基因以及其它研究中,研究人员使用了WIWAM植物表型成像系统,该系统代表了植物表型成像系统研究的世界最高水准,利用该系统进行研究的论文发表在Nature Biotechnology等等顶级期刊上。


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