Hitze-Mais konnte verhindern, dass künftige Hunger

In den ärmsten Ländern der Tropen und Subtropen – Bereiche, die Heimat für fast die Hälfte der menschlichen Bevölkerung – steigende Temperaturen durch den globalen Klimawandel Versprechen Grundnahrungsmittel wie Reis und Mais, bis Ende des Jahrhunderts zu verwüsten.

"Es gibt eine Chance, dass wir möglicherweise in der Lage, die Auswirkungen auf den Ertrag aus dieser Klimawandel einzudämmen", sagte L. Curtis Hannah, Pflanze Molekularbiologie Forscher an der University of Florida. "Aber ein Wett Mann weiß, dass unsere beste Chance zu lernen, sich anzupassen – Pflanzen entwickeln, die Menschen in einem heißeren Klima einfließen wird."

Das ist genau das, was Hannah und seine Kollegen arbeiten, um zu tun. Sie entwickeln Genvarianten von Weizen, Reis und Mais, die höhere Erträge unter Hitzestress zu produzieren. Durch diese Bemühungen sind Hannah und seine Kollegen auch den inneren Mechanismus der Kulturen aufdecken, die Menschen seit Tausenden von Jahren geführt haben.

Bestimmte Gen-Varianten-Code für Enzyme namens AGPases, die wie viel Stärke steuern eine Pflanze im Samen gespeichert werden, die Menschen für Nahrung ernten können. Die AGPases sind in der Regel von Hitzestress, unterboten, was Pflanzen, die dramatisch niedrigere ernährungsphysiologischen Erträge zu produzieren.

Allerdings entwickelt Hannah zwei hitzebeständig Varianten von AGPase Genen Sh2 und Bt2. Unter heißen Bedingungen die Sh2-Variante erhöht den Ertrag von Weizen um 38 Prozent und erhöht die Ausbeute für Reis um 23 Prozent. Die Kombination der beiden Varianten bot eine 68 Prozent Steigerung in Ertrag für Mais.

Feldtests durchgeführt in Florida hat gezeigt, dass die Sh2-Variante die Ausbeute an kommerziell erhöht produziert Mais um 42 Prozent. Dies ist eine dramatische Zunahme vor allem angesichts der Tatsache, dass traditionelle Zuchtprogramme in der Regel nur eine 1 Prozent Rendite pro Jahr produzieren.

Der Mechanismus hinter dieser erhöht, ist jedoch immer noch etwas wie ein Geheimnis. Zum Beispiel produzieren die Pflanzen mehr Samen, anstatt größere Samen vollgepackt mit mehr Stärke.

Daten aus der Hannah-Gruppe zeigen, dass nur die Hälfte der Eierstöcke auf Mais Ohren schließlich werden tragfähige Kerne. Die Genvarianten sind also einfach einen Mechanismus blockiert, der normalerweise einige Samen abbrechen würde, bevor sie sich entfalten können.

Allerdings gibt es noch eine Möglichkeit, dass ein weiterer Effekt irgendwo innerhalb der Pflanze Wachstumszyklus. Die Genvarianten sind am stärksten, wenn sie mütterlich, abgeleitet sind, nicht, wenn sie über Bestäubung eingeführt werden. Auch durchgeführt nicht alle Kerne auf die höhere Ausbeute Pflanzen die Genvariante, so dass der Grund für den Anstieg ist wahrscheinlich irgendwo innerhalb des Werks Mechanismus für die Kanalisierung von Ressourcen in die Samen und nicht in den Samen selbst gefunden.

"Mann ist diese Kulturen seit Tausenden von Jahren gewachsen, aber wir hatten nur die Werkzeuge, um versuchen zu verstehen, was macht sie für einen relativ kurzen Zeitraum hinweg, zu wachsen", sagte Hannah. "Es ist ein langer Weg zu gehen, bevor wir ein wirklich umfassendes Bild haben der warum sie tun was sie tun."

Im Rahmen der laufenden Forschung finanziert von der National Science Foundation und der USDA, Hannah untersucht jetzt ein AGPase Kartoffel/Mais Genvariante, die bisher eine größere hervorgebracht hat als dreifache Ausgang in Mais.

"Wir gehen auf verschiedene Kombinationen suchen, die uns bessere Renditen geben wird," sagte Hannah. "Unterdessen lernen durch zuschauen, was passiert, wenn wir diese Änderungen vornehmen, wir mehr und mehr wie diese Pflanzen tickt."

Diese Art der Forschung ist für eine Zukunft, wo Klimawandel zu führen kann, als eine 40-prozentige Reduktion der Ernteertrag in tropischen und subtropischen Gebieten bis Ende des Jahrhunderts, sagte Rosamond Naylor Direktor der Ernährungssicherheit und die Umwelt an der Stanford University, entgegenzuwirken.

Naylor coauthored vor kurzem eine Studie veröffentlicht Januar in der Fachzeitschrift Science die Maut von Treibhausgasen Hitzestress Vorhersage.

"Manche Leute sind wirklich besorgt über gentechnisch veränderte Pflanzen, aber die Wahrheit ist, dass sich das Klima verändert schneller Pflanzen anpassen können," sagte sie. "Wenn unsere Technologie uns in diese führen half, helfen kann nicht warum es uns führen?"

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Anmerkung der Redaktion: Dieser Forschung wurde unterstützt durch die nationalen
Science Foundation (NSF), der Bundesagentur für grundlegende Finanzierung angeklagt
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