设计新的信号网络以生产需要较少肥料的作物

牛津大学和剑桥大学之间的跨学科研究合作设计了一种新的合成植物 - 微生物信号通路，可为将固氮转移到谷物提供基础。

今天发表在Nature Communications上的植物科学家，微生物学家和化学家团队利用合成生物学技术设计并在植物和根茎周围的细菌之间进行分子对话，在一个叫做根际的区域。这种合成信号系统可能是在小麦和玉米等非豆类作物中成功设计固氮共生的重要一步。

增加根系微生物群具有巨大的潜力，可以提高营养贫瘠土壤的作物产量，减少化肥的使用。

来自牛津大学植物科学系的联合主要作者Barney Geddes博士说：“植物通过发出吸引或抑制特定微生物的化学信号来影响其根际微生物群。工程谷物植物产生信号与通信和控制它们根部的细菌可能使它们能够利用这些细菌的促生长作用，包括固氮。

“为此，我们选择了一组通常由豆科结核中的细菌产生的化合物，称为根霉。首先我们必须发现根瘤菌生产的天然生物合成途径，然后设计一种更容易转移到植物的合成途径。能够将合成信号传导途径转移到许多植物，包括谷物，并设计根际细菌对根霉的反应。“

牛津大学联合主要作者Amelie Joffrin博士开发了一种新的立体选择性合成关键的根霉素。她说：“合成化学对提供能够研究根霉生物合成及其从细菌到植物的转移的化合物至关重要。特别是，产生的根霉素使我们能够确认哪种是天然活性对映体(”手“)。关键的生物活性化合物。“

剑桥Sainsbury实验室的联合主要作者Ponraj Paramasivan博士解释了该团队如何将根茎合成基因转移到大麦中，以评估他们是否可以在谷物中设计根霉素合成。

她说：“我们确认大麦合成，然后将根霉素渗透到根际。然后我们测量了大麦根和根际细菌之间的信号传导，发现在大多数细菌菌落中发生了显着的交流。这些结果意味着我们可能会使用这种transkingdom信号通路激活根微生物群以固定氮，以及许多其他植物生长促进服务，如产生抗生素或激素或增溶土壤养分。

“这种合成信号传导途径的一个关键优势是，只有专门用于产生信号的特定作物才会受益。这意味着目前与化肥施用目标作物一样多的杂草将不会受益来自这些增强的植物 - 微生物协会，因为他们不会产生这种新的信号分子与细菌沟通。“

Poole，Oldroyd和Conway实验室未来的工作将集中在植物如何控制根系细菌的关键过程，如固氮，磷酸盐溶解和植物生长促进。这打开了细菌微生物组及其多样化代谢的世界，以控制植物，特别是谷物。它可能是尝试将固氮植入谷物中的关键组成部分。