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固氮合成生物学研究助推我国农业合成生物学发展

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  日前,从国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“生物固氮及相关抗逆模块的人工设计与系统优化”项目验收会知悉,我科学家在人工高效固氮及抗逆系统建设方面的研究取得显著进展,该项目的完成将有利于助推我国高效固氮生物学基础与农业应用发展。

  据专家介绍,不合理的氮肥施用带来了严重的土壤退化、环境污染和食品安全等问题,已成为我国保障粮食安全和生态安全、实现可持续发展的重大障碍。利用非豆科作物根际固氮部分或替代化学氮肥,是提高氮肥利用率的最具应用潜力的技术途径。但是,根际环境是造成非豆科粮食作物根际固氮效率低下的重要根源,也成为制约生物固氮在农业中广泛应用的关键瓶颈。

  生物固氮技术研发曾一直处于发展瓶颈期,而合成生物学为其农业应用提供革命性的解决途径。为此,2015年国家973项目设立了第一个固氮合成生物学项目“生物固氮及相关抗逆模块的人工设计与系统优化研究”。该项目针对影响固氮效率的主要因素,系统开展了高效固氮、智能耐旱和广谱抗虫等调控机制和相关元件、模块和线路等研究,通过人工改造天然固氮系统,大幅度提高农作物固氮效率和抗逆性能。项目在RNA聚合酶-σ54复合体的晶体结构、非编码RNA调控、作物逆境信号传导和小RNA介导的广谱抗虫等方面取得了重要理论和技术突破,3个代表性成果“新型生物固氮体系的构建与功能评价”“氮高效利用与相关抗逆模块的构建与功能评价”和“抗虫元器件的发掘及其在地下害虫防治中的应用”处于国际先进地位。

  该项目由中国农业科学院生物技术研究所林敏研究员主持,于近日在北京通过课题结题验收,完成既定任务指标,取得创新性成果。项目实施5年期间发表SCI论文106篇,包括1篇Science、1篇Nature Genetics、6篇PNAS、3篇Nature Communications和3篇Plant Cell,申请国家发明专利41项,获得发明专利授权28项。培养了一支在国内外有重要影响力的农业合成生物学与高效固氮生物学研究团队, 3人获得国家自然基金委“优秀青年基金”资助。(通讯员 崔艳)

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