工程棉使用杂草抑制化学品作为营养素

根据Texas A&M AgriLife Research的一项研究，一种新开发的肥料系统将为全世界的工程化棉花作物提供营养，并为对抗除草剂作用越来越大的杂草提供致命剂量。

研究人员表示，新系统将亚磷酸盐应用于棉花作物，该棉花作物可以表达某种基因，这种基因可以使棉花能够将亚磷酸盐加工成营养，而同一种化合物可以抑制无法使用它的杂草。

“我们在Texas A&M AgriLife的研究人员已经解决了一个让生产者花费数十亿美元的问题，”德克萨斯A&M大学站和AgriLife研究代理主任农业与生命科学副校长Patrick Stover博士说。“这是一种经济，环保，可持续的解决方案。

斯托弗说，这是一个令人兴奋和及时的发现，在运动中领先于持续的杂草问题比化学品和其他控制它们的方法更快地发展。

“我们相信我们开发的ptxD /亚磷酸盐系统是近期最有前途的技术之一，可以帮助解决我们遇到的许多生物技术，农业和环境问题，”AgriLife研究植物生物技术专家Keerti Rathore博士说。大学站。

“用亚磷酸盐选择性施肥使得表达ptxD基因同时抑制杂草的棉花植物不受阻碍地生长”是将于6月4日发布的美国国家科学院期刊论文的标题。

磷是所有生物所需的主要元素 - 没有生命是不可能的。大多数生物只能利用正磷酸盐形式的磷。

“我们已经确定表达ptxD的棉花植物可以利用亚磷酸盐作为磷的唯一来源，而杂草则不能，因此可以有效抑制杂草生长，”Rathore说。

他说，表达细菌ptxD基因的转基因植物能够将亚磷酸盐转化为正磷酸盐。这种植物允许基于亚磷酸盐作为作物磷的唯一来源的选择性施肥方案，同时提供抑制无法利用这种磷形式的杂草生长的有效替代方案。

由Rathore领导的国际研究团队由Devendra Pandeya博士，Madhusudhana Janga博士，Muthu Bagavathiannan博士和LeAnne Campbell博士组成，他们都在德克萨斯A&M AgriLife大学站工作。其他人是StelaGenomics Inc.的Damar Lopez-Arredondo博士和Priscila Estrella-Hernandez博士以及墨西哥Irapuato的国立理工学院研究和高级研究中心的Luis Herrera-Estrella博士。

该研究部分由棉花公司资助。杂草除草剂抗性和杂草控制是美国棉农在投入成本后的第二和第三关注点。

“我们能够并将与棉花公司和合作伙伴合作，为德克萨斯州及其他地区的棉花生产商提供服务，”大学城AgriLife研究所执行副主任Bill McCutchen博士说。

通常手动，机械或化学地管理杂草。然而，他说，由于农田中除草剂抗性杂草的数量越来越多，化学品控制选择正在迅速萎缩，几乎没有替代品可供选择。

Herrera-Estrella说：“多年来，人们已经非常明确地需要新的策略来控制杂草，以维持农业生产，同时减少对除草剂的依赖。”“迫切需要替代杂草抑制系统来维持作物生产力，同时减少对除草剂和耕作的依赖。”

一直研究棉花遗传改良20多年的拉索尔说，杂草中的除草剂抗性不仅仅是美国的问题，而是对棉花，玉米和大豆生产者的全球性挑战。

他说，这样的发展也将减轻一些与使用除草剂抗性基因和严重依赖除草剂有关的负面看法。

Rathore还开发了棉花植物，在种子中产生非常低水平的棉酚，以改善棉花种子的安全性和营养方面，同时在叶子，花卉部分，棉铃皮和根部保持正常水平的这种化学物质，以防止昆虫和病原体。

他之前发表了一份报告，将ptxD鉴定为可选择标记基因，以生产转基因棉花植物。源自施氏假单胞菌WM88的ptxD基因编码一种酶，当在转基因植物中表达时，该酶将亚磷酸盐变为正磷酸盐，磷酸盐是可代谢形式的磷。

重要的是，ptxD /亚磷酸盐系统被证明在抑制草甘膦抗性Palmer amaranth的生长方面非常有效，Rathore说。这种高度有害的杂草对现有技术的抵抗力在大约10 - 15年前开始出现在田间。

“我们论文中的结果清楚地表明，ptxD /亚磷酸盐体系可以作为一种高效的方法来抑制天然低磷土壤中的杂草，包括对除草剂草甘膦具有抗性的杂草，同时允许表达ptxD的棉花更好地生长。由于来自衰弱的杂草的较小竞争，植物，“拉索尔说。

与杂草获得对除草剂的抗性不同，他说杂草极不可能获得使用亚磷酸盐作为磷源的能力。

“为了使杂草获得利用亚磷酸盐的能力，其脱氢酶基因之一将不得不在其DNA序列中经历复杂的多个突变 - 这种情况不太可能通过所有生物体中发生的随机突变发生，”Rathore说。

他说，另一个重点是与磷酸盐相比，亚磷酸盐具有更高的溶解度和更低的结合土壤成分的倾向。因此，如果以适当的配方施用以防止浸出，可以使用较低的量而不会牺牲作物产量。

“即使一些亚磷酸盐最终进入溪流和河流，最终进入湖泊和海洋，藻类物种也无法将其用作磷的来源，从而防止有毒的藻类大量繁殖，从而杀死水体中的鱼类和其他生物。” Herrera-Estrella说。

Rathore说，未来的研究将集中在磷含量低的领域测试ptxD-转化体，以及评估亚磷酸盐作为过度“除草剂”的效用。此外，需要研究在田间条件下使用亚磷酸盐作为磷源对土壤微生物群落的长期影响。