生物学家解决了玉米的生长和防御问题确定了关键的抗生素途径

为了满足人口增长的需求，农业生产必须在未来30年内翻一番。然而，当今作物的健康状况及其产量的承诺面临着越来越多的威胁 - 从害虫到混乱的天气事件 - 导致迫切需要确定有效的天然植物防御策略。

生物学家可以获得丰富的基因组和生化数据，但快速破译保护具有全球意义的关键作物的整个生化途径仍然是一项重大挑战。科学家正在剥离玉米的免疫层，这是世界各地饮食的主要内容，以确定是否有关键基因可以产生令人惊讶的多样化抗生素鸡尾酒，这些鸡尾酒可以作为防御混合物对抗多种疾病因子。

现在，加州大学圣地亚哥分校的Yezhang Ding，Alisa Huffaker和Eric Sc​​hmelz及其同事开发了一种系统的综合方法来鉴定作物防御中的这些基因，并在自然植物中进行了描述。

“我们需要知道哪些作物防御机制是有效的，我们可以做些什么来维持或进一步改善它们，”Schmelz说。“中国的合作者和合作者已经采用了我们所研究的一些玉米基因，并正在利用它们来显着提高水稻的抗病性。”

从历史上看，在作物中定义一个完整的新生化途径需要逐步进步，并且往往是整个研究事业的更好部分。在这项新研究中，加州大学圣地亚哥分校的生物学家描述了他们如何结合一系列科学方法来明确定义六种基因，这些基因编码负责生产控制抗病性的关键玉米抗生素的酶。

缺乏小分子抗生素防御的玉米植物，衍生自被称为二萜的20个碳原子的骨架，通常遭受真菌疾病易感性的显着增加。

Schmelz说：“大多数人都认为松树受到粘性酸树脂的严密保护，这种树脂会杀死或阻止大部分微生物和昆虫。”“我们描述了一种完整的玉米生物合成途径，它也可以在真菌攻击的位置按需提供酸性树脂。有趣的是，几乎整个途径都来自与植物生长和人体睾酮代谢相关的各种激素途径的进化近期基因重复。”

其中一个进化步骤是300万年前从负责植物生长的激素途径称为赤霉素的相对较新的基因重复。在未明确借用激素生物合成的步骤中，两种高度混杂的氧化酶(具有广泛的底物和产物特异性)称为细胞色素P450，其特征在于产生不同于已知针叶树途径的独特反应。总的来说，这项努力利用了2,000多种植物样本，每种样本有36,861个转录本，跨越300种不同的玉米品系，系统地缩小候选物，并确定了有效对抗真菌病原体的抗生素的玉米途径。

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