수년간의 실험 끝에 과학자들은 유채과 야채를 설계했습니다. 또는애기장대, 다육식물처럼 행동하여 물 사용 효율성, 슬롯하고 가뭄의 영향을 줄입니다. 이 작은 꽃 피는 식물을 위해 고안된 조직 다즙 공학 방법은 다른 식물에서 가뭄 및 염분 내성을 개선하는 데 사용될 수 있으며, 이러한 접근 방식을 식품 및 바이오에너지 작물로 옮기는 것을 목표로 합니다.
“물을 저장하는 조직은 슬롯이 장기간의 가뭄에서 살아남을 수 있게 해주는 슬롯의 가장 성공적인 적응 중 하나입니다. 이러한 해부학적 특성은 지구 온도가 상승함에 따라 더욱 중요해질 것이며, 21세기 가뭄의 규모와 지속 기간이 늘어날 것입니다.”라고 슬롯에 관한 새로운 과학 논문의 공동 저자이자 네바다 대학교 리노 생화학 및 분자 생물학 교수인 John Cushman이 말했습니다.
이 작업은 Cushman의 또 다른 프로젝트와 결합될 것입니다. 즉, 물 사용 효율성을 개선하기 위해 슬롯에 적용할 수 있는 광합성의 물 보존 모드인 크라술라세안산 대사(CAM)라는 또 다른 특성을 엔지니어링하는 것입니다.
"두 가지 적응은 서로 밀접하게 연관되어 있습니다"라고 대학 농업, 생명공학 및 천연자원 대학의 Cushman이 말했습니다. “우리의 전반적인 목표는 CAM을 엔지니어링하는 것이지만 이를 효율적으로 수행하려면 밤에 슬롯에 축적되는 말산을 저장하기 위해 더 큰 세포를 가진 잎 해부학을 엔지니어링해야 했습니다.
슬롯이 이산화탄소를 흡수할 때 기공이라 불리는 잎의 구멍을 통해 이산화탄소를 흡수합니다. 그들은 기공을 열어 이산화탄소가 들어가고, 그 이산화탄소는 지구상의 대부분의 생명체를 지탱하는 설탕과 다른 모든 화합물에 고정됩니다.
Cushman의 과학자 팀이 유전자 변형 제품을 만들었습니다.A. 탈리아나세포 크기가 증가하여 잎 두께가 증가하고 물 저장 능력이 더 커지며, 유전자의 과발현으로 인한 잎의 수분 손실을 제한하기 위해 열린 기공이 점점 줄어들고 슬롯이 커집니다.VvCEB1에서 과학자들에게. 이 유전자는 와인 포도의 베리 발달 중 세포 확장 단계에 관여합니다.
결과적인 조직 다즙은 두 가지 목적으로 사용됩니다.
"큰 세포는 밤에 말산염을 저장하는 더 큰 액포를 가지고 있으며, 이는 낮 동안 폐쇄된 기공 뒤에 있는 Rubisco 효소 작용에 의해 이산화탄소 방출 및 재고정을 위한 탄소원 역할을 하여 광호흡과 수분 손실을 제한합니다." 쿠시먼이 말했다.
VvCEB1 유전자 과발현의 주요 이점 중 하나는 전체 슬롯의 순간 및 통합 물 사용 효율이 각각 최대 2.6배 및 2.3배까지 증가한 것으로 관찰되었습니다. 물 사용 효율은 슬롯의 증산 속도 또는 물 손실 속도에 대한 고정된 탄소 또는 생성된 바이오매스의 비율입니다.
“우리는 여러 가지 후보 유전자를 시도했지만 이 놀라운 표현형은 다음과 같은 경우에만 관찰되었습니다.VvCEB1 유전자'라고 Cushman이 말했습니다. "우리는 일반적으로 10~30개의 독립적인 형질전환 계통을 조사한 다음 세부적인 테스트에 앞서 2~3세대 동안 성장시킵니다."
애기장대슬롯의 성장 및 발달 과정 연구를 위한 강력한 모델입니다.
조작된 조직 다육성은 물 사용 효율성, 가뭄 방지 또는 약화, 슬롯 개선 및 CAM 성능 최적화를 위한 효과적인 전략을 제공할 것으로 예상됩니다.
CAM 슬롯은 매우 영리하여 낮에는 기공을 닫아두고 밤에는 기온이 더 시원하고 태양이 빛나지 않기 때문에 증발산량이 적은 밤에만 여는다고 Cushman은 설명했습니다. CAM의 중요성은 물을 보존하는 독특한 능력에서 발견됩니다.
"기본적으로 CAM 공장은 물 사용 효율성이 5~6배 더 높은 반면, 대부분의 공장은 물 효율성이 매우 비효율적입니다."라고 그는 말했습니다. “CAM 및 더 두꺼운 큐티클과 표피 왁스의 축적과 같은 기타 적응 특성과 관련된 조직 다육성은 잎에 닿는 빛의 일부를 반사하여 낮 동안 잎의 가열을 줄일 수 있음을 의미합니다.
2050년까지 약 96억 명에 이를 것으로 예상되는 증가하는 인구에 부응하기 위해 농산물에 대한 수요가 70%까지 증가할 것으로 예상되는 상황에서 Cushman과 그의 팀은 잠재적인 미래 식량 문제를 해결하기 위해 이러한 생명공학 솔루션을 추구하고 있습니다. 바이오에너지 부족.
“우리는 조직 다즙과 CAM 공학을 작물에 적용할 계획입니다. 이 현재 작업은 개념 증명입니다.”라고 Cushman은 말했습니다.
이 작업은 에너지부, 과학부, 게놈 과학 프로그램의 자금 지원을 받았습니다.
이 기사의 연구팀과 공동 저자는 대한민국 강원대학교 슬롯응용과학과 임성돈; Jesse Mayer, Thermo Fisher Scientific(캘리포니아주 칼스배드 소재);
기사, "식물 조직 다육 공학은 물 사용 효율성, 물 부족 스트레스 완화 및 슬롯시킵니다.애기장대” 안에슬롯 일지, Wiley Online Library를 통해 이용 가능합니다.
