Sorgen Sie dafür, dass Chinas Reisschüssel voll bleibt! Chinesische Wissenschaftler haben wichtige Entdeckungen gemacht

„Hoher Ertrag “ und „ frühe Reife “ sind in der traditionellen landwirtschaftlichen Produktion widersprüchliche Begriffe.

Denn Voraussetzung für die Erzielung hoher Erträge ist eine bestimmte Biomasse, und eine bestimmte Biomasse muss einen bestimmten Wachstumszyklus aufweisen. Je kürzer der Wachstumszyklus, desto geringer die Biomasse. Daher korreliert ein hoher Ertrag unter allgemeinen Bedingungen negativ mit der Wachstumsperiode. Pflanzen mit einer kurzen Wachstumsperiode und früher Reife haben niedrige Erträge, während Pflanzen mit einer langen Wachstumsperiode hohe Erträge liefern.

Im Juli 2022 veröffentlichten chinesische Wissenschaftler in der internationalen Fachzeitschrift Science eine Studie, in der sie das Hochertragsreis-Gen OsDREB1C entdeckten und damit diesen Widerspruch auflösten . Warum also kann das Gen OsDREB1C die traditionelle landwirtschaftliche Produktionsweise „hoher Ertrag, aber keine frühe Reife, frühe Reife, aber kein hoher Ertrag“ durchbrechen und Reis sowohl einen hohen Ertrag als auch eine frühe Reife ermöglichen?

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Faktoren, die den Reisertrag beeinflussen

Um das Geheimnis zu lüften, wie das Gen OsDREB1C einen hohen Reisertrag ermöglicht, sollten wir zunächst die Faktoren verstehen, die den Reisertrag beeinflussen.

Die materielle Quelle des Reisertrags sind hauptsächlich photosynthetische Produkte, die Lichtenergie durch Chlorophyll in den Blättern absorbieren, Kohlendioxid und Wasser zu organischer Substanz synthetisieren und diese dann zu anderen Teilen der Pflanze transportieren . Während der vegetativen Wachstumsphase im Frühstadium des Pflanzenwachstums liefern photosynthetische Produkte hauptsächlich das Protein und die Energie, die für das Pflanzenwachstum benötigt werden. Nach der Blüte tritt die Pflanze in die reproduktive Wachstumsphase ein und die in den Blättern synthetisierten und in den Stängeln gespeicherten Photosyntheseprodukte werden zu den Körnern transportiert.

Daher ist die Ertragsbildung untrennbar mit der durch Photosynthese synthetisierten organischen Substanz verbunden, die eine Reihe von Transportvorgängen durchläuft und schließlich in den Körnern gespeichert wird.

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Der Ernteertrag hängt von verschiedenen Faktoren ab, die die Synthese, den Transport, die Verteilung und die Lagerung photosynthetischer Produkte beeinflussen. Daher können verschiedene Faktoren, die diese Prozesse beeinflussen, zu Änderungen in der Produktion führen. Das neu entdeckte Reis-Hochertragsgen OsDREB1C kann Faktoren wie die Synthese photosynthetischer Produkte beeinflussen und dadurch die Photosyntheseeffizienz und die Stickstoffverwertungseffizienz verbessern und den Reisertrag deutlich steigern.

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So erzielen Sie einen hohen Reisertrag

Stickstoff ist für Pflanzen unverzichtbar und steht in engem Zusammenhang mit der Photosynthese, da er die Effizienz der Photosynthese beeinflusst. Gleichzeitig ist Stickstoff der Hauptbestandteil von Proteinen und spielt eine wichtige Rolle beim Wachstum von Stängeln und Blättern.

Wenn nicht genügend Stickstoffdünger im Boden vorhanden ist oder die Pflanze nicht genügend Stickstoff aufnimmt, werden ihre Photosynthese und ihr Wachstum in allen Aspekten beeinträchtigt. Das Gen OsDREB1C ist ein stickstoffeffizientes Gen , das selbst geringe Mengen Stickstoff im Boden voll ausnutzen kann.

Darüber hinaus führt die großflächige Verwendung von Stickstoffdünger bei unzureichender Stickstoffnutzungseffizienz leicht zu Verschwendung, was nicht nur die Anbaukosten der Landwirte erhöht, sondern auch zur Umweltverschmutzung führt. Die Züchter haben sich zum Ziel gesetzt, stickstoffeffiziente Gene zu entdecken, um bei der Züchtung eine „Reduzierung des Stickstoffs ohne Ertragseinbußen“ zu erreichen und so die Anbaukosten der Landwirte zu senken und eine Garantie für die Erzeugung von „umweltfreundlichem“ Hochertragsreis zu bieten.

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So erreichen Sie eine frühe Reisreife

Die reproduktive Wachstumsphase des Reises umfasst das Ährenbildungsstadium, das Ähren- und Blütestadium sowie das Kornfüllungs- und Fruchtstadium.

Mit Ähren- und Blütezeit ist der Zeitraum gemeint, der von dem Zeitpunkt an, an dem die Reiskolben aus der oberen Schwertblattscheide hervortreten, bis zu dem Zeitpunkt an dem sie blühen und ihre volle Ährenbildung erreichen, dauert. Im Allgemeinen sind das 5–7 Tage. Die frühe oder späte Blüte von Reis wird durch das Gen beeinflusst, das für die Regulierung von Florigen verantwortlich ist . Flaorigen ist eine Substanz, die die Blüte anregt. Je höher der Gehalt, desto früher kommt es zum Ährenwerfen und Blühen. Das diesmal entdeckte Gen OsDREB1C ist ebenfalls ein Gen, das Florigen reguliert. Es kann den Florigengehalt erhöhen , wodurch der Reis früher Ähren bildet, die Wachstumsperiode verkürzt wird und eine frühere Reife erreicht wird. Dadurch wird der Widerspruch zwischen „hohem Ertrag“ und „früher Reife“ aufgehoben und es wird ermöglicht, dass der Reis sowohl einen hohen Ertrag als auch eine frühe Reife erreicht.

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Warum ist das Reis-Hochertragsgen so wirkungsvoll?

Die Eigenschaften einer Pflanze entstehen durch das Zusammenspiel vieler Gene. Ein Merkmal hat eine Genanordnung, wie ein Systempfad.

Bei dem neu entdeckten Hochertragsreis-Gen OsDREB1C handelt es sich um einen Transkriptionsfaktor , der wie ein „molekularer Schalter“ wirkt. An der Spitze dieses Signalwegs befinden sich viele Gene, die die Photosynthese, die Stickstoffaufnahme und -verwertung sowie die Blüte steuern. Wenn der Expressionsgrad dieses Gens zunimmt, werden die nachgeschalteten Photosynthesegene, die Gene für Stickstoffabsorption und -effizienz sowie die Gene, die die Ährenbildungsperiode beeinflussen, über das Genregulationsnetzwerk aktiviert, wodurch die Photosyntheseeffizienz, die Stickstoffnutzungseffizienz und die Ährenbildungsperiode des Reises koordiniert reguliert werden.

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Wie kann man die Anwendung bewerben?

Die Entdeckung ertragsstarker Gene ist eine Voraussetzung für die Hochertragszüchtung, doch ob das Gen OsDREB1C letztendlich in der Hochertragszüchtung eingesetzt werden kann, bedarf noch der Überwindung vieler Schwierigkeiten.

Für die Zucht ist zunächst die Schaffung von Elternmaterial erforderlich. Durch Hybridisierung kann Reis, der dieses Gen trägt, als Spender verwendet und mit den wichtigsten angebauten Sorten in verschiedenen Regionen gekreuzt werden . Durch die Einführung des Gens OsDREB1C in unterschiedliche Sortenhintergründe kann einerseits dessen ertragssteigernde Wirkung in unterschiedlichen Sortenhintergründen nachgewiesen werden, andererseits können ertragsstarke Materialien geschaffen werden, die an unterschiedliche ökologische Zonen anpassbar sind.

Oder es kann durch Gen-Editierung erreicht werden. Wenn die Genomeditierung erfolgreich ist, könnte sie der Anwendung am nächsten kommen. Wenn es gelingt, das Expressionsniveau dieses Gens durch die Genomeditierung zu erhöhen, selbst wenn der Effekt nur halb so groß ist, wird dies einen erheblichen Beitrag zur Züchtung leisten.

Die Entdeckung von Genen für Hochertragsreis hat den langjährigen Widerspruch zwischen „hohem Ertrag“ und „früher Reife“ in der landwirtschaftlichen Produktion aufgelöst. Gleichzeitig bietet es auch große Anwendungsaussichten bei verschiedenen Nutzpflanzen, wird die Wiederbelebung der Saatgutindustrie unterstützen und zur Gewährleistung der nationalen Ernährungssicherheit und zum Schutz der Umwelt beitragen.

„Jede Mahlzeit sollte geschätzt werden, da sie nicht leicht zu bekommen ist.“ Gestern war Welternährungstag . Wir möchten den Wissenschaftlern danken, die hart für die Ernährungssicherheit unseres Landes gearbeitet haben. Denken wir auch immer daran , Lebensmittel aufzubewahren und Abfälle zu vermeiden .

Produziert von | Wissenschaftspopularisierung China

Autor｜Guo Rongyu Yuqing Beijing Keying Art Forest Team

Rezension | Xu Jianlong, Forscher der zweiten Ebene, Institut für Pflanzenwissenschaften, Chinesische Akademie der Agrarwissenschaften

Produzent｜China Science Expo

Eingereicht von: Computer Information Network Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften

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