科学家希望基因研究能洗刷棕榈树的坏名声
时间:2017-12-07

  科学家希望基因组学刷新棕榈树“不良信誉 - 新闻 - 科学网

  在马来西亚首都吉隆坡附近的Orion Biosains的一个实验室里,这台机器正在轰鸣,Nathan Lakey正在喊叫。这种噪音的来源是Lakey的自豪感之一,这是一种微波炉大小的自动化装配机器,它将塑料部件放在一起,并用序列号在表面上进行激光打标,这些装置是为印度尼西亚,马来西亚和缅甸设计的叶片穿孔设备美国生物化学家,猎户座首席执行官拉基(Lakey)希望他们能够革新一个负面影响的领域。

  棕榈树是一种商业树,经常造成大规模的森林砍伐,侵犯人权和猩猩死亡。印度尼西亚和马来西亚生产世界棕榈油的85%,其中包括热带雨林,沼泽沼泽和传统橡胶种植园在内的1600多万公顷土地被棕榈树所占据,而且相关的发展也没有减缓的迹象行业。

  尽管臭名昭着,棕榈树是世界上产量最高的油料作物。每公顷油菜籽产量只有棕榈树的1/6,而大豆产量只有十分之一。但棕榈种植园尚未从植物中获得足够的产量。

  主要问题是由于遗传和表观遗传变化导致一些棕榈树的衰退。由于棕榈树成熟较慢,种植者通常要三四年才能知道它们生长的树木是否优良或无效。

  这就是Orion加入他们的原因。猎户座技术人员将这些绿色圆盘分析为叶片穿孔设备送往东南亚返回,并向种植者发送关于苗木的报告。拉基预测,如果这些测试大规模进行,每年将增加40亿美元到行业收入。重要的是,它没有扩大种植面积。我们可以在相同规模的土地上生产更多的棕榈油,这有助于减少砍伐森林的压力。拉基说。

  壳油较少

  吉隆坡北部,东部和南部的棕榈树种植园。虽然这些植物似乎是相同的,但种植者知道有3种种子产生显着不同量的油:硬脑膜,柏树和柔嫩艾美耳球虫。杜拉种子生产更厚,更不油腻的水果;柏树的种子通常会在发育过程中死亡,但如果能够生产水果则通常是无壳的; Tenera的种子是柏和拉的组合,将产生壳薄和油丰富的水果。控制外壳厚度的基因被命名为SHELL,2013年由Orion,纽约冷泉港实验室和马来西亚棕榈委员会(MPOB,靠近吉隆坡的政府研究机构)的研究人员发现。

  通常,饲养者通过从雄花粉中收集花粉并授粉来获得Turnera种子。这些种子在成熟后会发芽九个月。幼苗需要在苗圃保苗1年,才能在地上种植,而新树苗在34年内不会产生效果。

  繁殖通常会消耗大量时间,但不一定会产生最好的种子。所以,在七十年代,科学家们想到了无性系。研究人员认为,可以切割产量最高的棕榈树干顶部,从中提取干细胞,然后在实验室中大规模克隆。最初,克隆技术有助于增加种植产量,但在1977年,一些奇怪的事情开始出现。

  当时,Tan Yap Pau曾是丹麦棕榈油公司马来西亚联合种植园的作物育种专家和研究员。助手和林业助理看到种植无性系物种的广袤的土地上的杂草。他们的坑洼变形,有些像郁金香形状。在他的研究中,谭了解到小型棕榈树在培养皿中发育异常。他认为这些变形的水果是一个坏兆头,许多水果根本没有生产任何油。

  研究人员花了将近40年的时间来解决这个难题。 2015年,MPIO植物生物技术专家Meilina Ong-Abdullah和Tan的侄女发现了罪魁祸首,他们发现Karma(DNA的易位)插入DEFICIENS基因的中间,这对于棕榈果实的生长非常重要。当Karma被高度甲基化时,果实正常生长(科学家称之为Karma),然而低甲基化(坏的Karma)会导致果实异常。

  除育种Turnerla种子外,棕榈树还有其他一些可挖掘和优化的功能。 MPOB植物育种专家Rajanaidu Nookiah在世界各地旅行了30年,以了解棕榈树的自然变化。他累积了11万多棵世界上收藏量最大的棕榈树苗。他的样本具有许多植物育种者想要在棕榈树中看到的好处。

  叶子穿孔分析

  拉基认为,仅仅理解SHELL和Karma就可以对行业产生巨大的影响。从理论上讲,种植户一年可以榨取每公顷棕榈油18吨油,但现在平均每年只能挤4吨油。对于小规模的种植者来说,情况尤其糟糕。由于没有室内设施来帮助种植和区分优良的植物,它们在一公顷的面积上的产量只能达到大型种植园的一半。

  Lakey希望猎户座的叶片穿孔工具能使小规模的种植者受益,每棵树只需花费4美元,猎户座就能识别具有良好业力的杂交种,并能在投入太多时间和金钱之前帮助农民和苗圃消除非生产性树木。公司还计划结合其他基因,如遗传变异使果实成熟后颜色变化更加明显,这将减少收获未成熟果实的机会。

  但是与小规模种植者沟通是一个问题。他们通常是独立的,或者是从附近公司获得种子和帮助的合作项目的一部分。在马来西亚,小农从一些值得信赖的MPOB认证的棕榈育种公司获得幼苗,但在印度尼西亚则没有质量控制措施。

  如果农民得不到可靠的苗圃,或者没有钱买高质量的种子,他们只能种植树上的东西。通常,富含石油的Tenera十字的后代只有一半获得高产后代的机会。研究人员发现,非特纳棕榈树占马来西亚小规模种植者幼苗的11%。

  这不仅仅是种子。许多农民买不起优质肥料,更别说掌握最好的农业方法了。这些小种植者不需要具有更好基因的种子。巴拿马联合国开发计划署绿色采购项目全球主管Andrew Bovarnick说,自2010年以来,他一直在印度尼西亚工作。此外,小农户种植高产树种的激励机制也很稀缺,因为他们通常出售水果以公斤计。一些农民了解到,变异的成果吸收水分,在夜间长大,然后用它来赚取利润。

  小种植者知道污染的存在,但他们不在乎。拉基说。他补充说,一些印刷机开始评估水果的质量,而不是重量,这就产生了一种激励。但有人怀疑是否有技术可以弥补棕榈树的粗口。

  别无选择

  在印度尼西亚和马来西亚,国际投资者,企业和地方政府的经济和政治议程也可能阻碍Orion的努力,雅加达​​环保和恢复非营利组织Belantara基金会执行主任Agus Sari最近表示,执法也是一个重大挑战。大的种植园将贿赂地方官员获得更多的土地名称,使其他人难以合法获得土地名称。翁说,马来西亚的情况是相似的。

  尽管面临这些挑战,拉基还没有被吓倒。技术人员回到熙熙攘攘的实验室进行分析,每天分析1000多份样本。 Lakey希望开始向非洲,南美和泰国发送射孔工具,并每年分析1000万个样品。驾驶他和其他合作者的部分原因是,尽管棕榈树用地减少,对棕榈油的需求仍在上涨。到2030年和2050年全球棕榈油需求量将分别是2000年需求量的2倍和3倍。

  我认为其他作物将不能满足世界的需求。 MPOB先进生物技术和育种中心的前生物化学家Raviga Sambanthamurthi说,我们没有更多的土地种植棕榈,所以我们别无选择,只能让棕榈树更富有成效。 (金楠汇编)

  中国科学通报(2017-04-27第3版国际)