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植物生物传感器可以帮助非洲农民抗寄生虫'巫术'

多伦多大学的工程和生物学教授制定了一项新战略,帮助非洲农民对抗破坏农作物的寄生植物。

Striga属植物,也称为巫婆,作为其他植物的寄生虫,攻击其根系并为其自身目的劫持它们。虽然他们的紫色花很漂亮,但充满了斯特里加植物的田地实际上是一个想要种植玉米,高粱,水稻或其他自给作物的农民的噩梦。这个问题影响了撒哈拉以南非洲25个国家的1亿多人。

U化学工程教授Alexei Savchenko和细胞与系统生物学系的Peter McCourt教授创建了一种基因工程植物生物传感器,这种工具将帮助他们寻找可以预防Striga感染的分子。

该二人组织一直在研究Striga用于攻击其他植物的生化途径。“当作物开始发芽时,它们会将少量化学物质排放到土壤中,”Savchenko说。这些激素吸引有益真菌,帮助作物获得营养。不幸的是,Striga植物也已经进化为识别这些信号,并加速它们自身的萌发,以便它们准备好在作物开始发育根部时突袭。

Savchenko和McCourt希望通过欺骗它的化学感官来击败Striga。他们的想法是用一种类似于Striga准备检测的植物激素的化学物质喷洒地面。“你会传播这种错误的信号并导致Striga发芽,”Savchenko说。“然后你会摧毁斯特里加并在干净的田地里种植庄稼。”

但是为了确定发送什么错误信号,科学家首先需要更好地了解Striga如何检测植物激素。在今天发表在“科学”杂志上的研究中,研究小组确定了Striga中存在的11种基于蛋白质的激素受体。Savchenko和他的团队使用一种称为X射线晶体学的技术分离了这些受体并绘制了他们的3D结构。这使McCourt的研究小组能够确定哪些受体对激素最敏感,因此最重要的受体就是这些受体。

下一步是克隆并将最敏感的受体引入拟南芥(Arabidopsis thaliana),这是一种在生物学研究中常用作模式生物的小植物。与Striga不同,拟南芥不是寄生虫,因此它更容易生长,但基因工程植物现在以与Striga相同的方式对作物激素及其化学表亲产生反应。“这是一种非常好的工具,可以识别与导致Striga发芽的激素具有相同效果的化学物质,”Savchenko说。

McCourt和Savchenko现在正在筛选各种化学品,以寻找能够模仿植物激素的化学物质。他们的基因工程拟南芥对生产农产品的公司也很有价值,他们可能有兴趣筛选现有的化学库。

“我们已经证明这种受体对于Striga的寄生生活方式非常重要,通过使其成为植物生物传感器的一部分,我们提供了人们可以使用的所有组件[找到解决方案],”Savchenko说。幸运的是,巫术的祸害将很快成为一个更容易管理的问题。

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