繁殖更好地与基因组学糖

最初发表在Illumina公司新闻中心

民间智慧说,把糖放在别人的油箱会毁了他们的汽车。事实上,不仅是一个神话,与一些额外的步骤,甘蔗可以转化为乙醇,绿色替代化石燃料。

甘蔗是一种热带草一样的家庭竹子,小麦、玉米和大米。四分之三的在我们的食物来自甘蔗蔗糖(其余来自甜菜);生长在80多个国家,重量,甘蔗收获比其他作物。它将太阳能转化为化学能nigh-unparalleled效率,并在其一生中移除大气中的二氧化碳太多,如果使用低排放实践的收获和refinement-it可以成为碳中性的燃料来源。

没有一开始那么甜。两个原始的野生物种,蔗糖spontaneum和蔗糖officinarum分别在印度种植和新几内亚,限制:前者有很薄的茎和后者产生很少的蔗糖。人类几千年来有选择地培育植物,种植一种20世纪初被认为是一个全新的作物,造成这两个物种的杂交。

这种“高贵”甘蔗的茎厚饱和蔗糖,但它已经失去了太多的遗传多样性是容易受到瘟疫从几乎每一个生命之树的分支:坏死甘蔗黄叶病毒、细菌发育不良Leifsonia xyli xylismut-causing真菌孢子,蛾的幼虫有这样的专属味道我们叫它“甘蔗钻。”

农民可以控制这些滋扰杀虫剂其实只不过是一个问题。超甜高贵的甘蔗杂交育种的胆大与其野生祖先在多年的研究产生了一些更加有弹性的品种,但要获得两全其美需要一些新一代的科学。

破解十倍体基因组
进入遗传学家。几十年来,甘蔗育种计划在德州A&M Weslaco生态农业研究与推广中心创造了品种是专门适应格兰德河河谷的甘蔗田43000亩。教授Jorge Da Silva土壤和作物科学的大学,康奈尔,在植物遗传育种取得了博士学位,孤星之州的14年之前他担任研究科学家Centro de Tecnologia Copersucar在电力,巴西。

农工不能要求一个更好的恢复。生物乙醇从甘蔗代表巴西的能源供应总量的17%;这个国家出口更多的糖之后,我们更多的乙醇比世界上其他任何人;和CTC Copersucar是该国最大的生产商。Da Silva已经终其职业生涯都找到最好的基因对于这个重要的作物。

“我爱有机农业,”他说。“我小时候学习农学,我只是想能够生产食物没有所有的毒药。我意识到基因是最强大的工具来减少化学物质的数量,通过繁殖的植物抵抗害虫,微生物,疾病。”他也搜索带来耐寒性的基因,因为德州已经远离赤道比任何其他甘蔗产区。“想象一下,如果我们能传播甘蔗的其他部分我们有较低的温度。这可能是一个大行业。”

发现这些基因没有容易,部分原因是甘蔗基因组大得荒谬。人类有两份每个染色体;我们的基因组”二倍体。“植物通常有两份以上;他们的基因组”状。”Da Silva解释道:“每个染色体的土豆有四个副本。小麦有六个。甘蔗有十”。根据物种和品种不同,植物能有52到117条染色体。如果人类基因组是一个小说,十倍体甘蔗基因组是完整的牛津英语词典。“这是世界上最大的基因组。测序这些染色体给科学家们带来了一个巨大的挑战。”

它还证明,试图复制非食品类野生甘蔗的令人难以置信的增长和耐久性有并发症。“在这个国家,美国spontaneum被认为是有害杂草。是违法的,因为它是咄咄逼人。这是入侵;它变得很难控制。我做研究,我不得不从美国农业部得到许可,我仍然有很多限制。每年我用拐杖后,我不得不燃烧一切所以不会传播。”

多年的艰苦工作是偿还。达席尔瓦Weslaco的研究,比较叶片叶绿素含量、叶片温度、和相对含水量在几个不同的甘蔗基因型进行为期90天的干旱周期,产生了大量的数据哪些基因实际上是表达和控制这些特征。从这些作物的基因样本,或种质,已经与国际社会共享的甘蔗技术,和美国政府最近授予达席尔瓦的项目资助,把注意力转向“能源甘蔗”甘蔗种植专门生产生物乙醇。

食品与燃料
当你可以使用相同的作物食品或燃料,你如何决定哪个优先?需求经济机会可替代化石燃料高,但生产生物燃料意味着将食物从某人的板,并可能提高食品价格吗?

在这种情况下,如果我们处理甘蔗正确的方式,我们可能会燃烧我们的蛋糕和吃它,太。

从收获植物食用糖,在高压辊磨工人首先粉碎秸秆挤出sucrose-rich汁。然后他们煮汁去除水和结晶布朗原糖离心机。红糖可以再结晶成白糖在炼油厂或发酵生产生物乙醇。这个“第一代”生物燃料直接来自原本可消费的食品。

但是那些剩下的干燥、粉碎秸秆?传统上,他们只是提供热量和燃烧,通过蒸汽动力、电力糖厂。但有趣的事情发生了,如果你热这种“木质纤维素的蔗渣”在缺乏氧气:而不是燃烧,发生热分解,或热解分离木质素纤维素。木质素可以帮助电力糖厂,纤维素可发酵成乙醇不牺牲任何食物。

这条路线是有自己的技术瓶颈,尚未成为经济上可行的,但它形成greener-fuel难题的重要组成部分。同样的木质纤维素的材料也可以加工成复合形式的聚乙烯和了比较,Illumina公司最新的和最先进的测序系统,NovaSeq X和NovaSeq X +,用生物聚合物来自甘蔗的试剂盒墨盒,使用后可回收。

植物与许多用途,这许多威胁,最终把其育种者在几个方向。“我们试着金字塔,我们称之为生物强调疾病和害虫的抗性基因,但是很难做,除了耐非生物胁迫如干旱和寒冷,”Da Silva说。“我们也希望它是高产量,和糖含量高。”

最终,一个因素影响的可行性和方向像席尔瓦的育种程序。“当我第一次来到德州,我问一个甘蔗种植在这里,“最重要的特质是什么你想要在一个新的品种?“你知道他说什么吗?口袋里的钱。无论我们做什么,增加的钱在他们口袋里是受欢迎的。”

有足够的投资,下一代测序有一天能找到完全不透水,瑞士军队甘蔗,否则他们会保存它的种植者钱花在农药,可以生长在更广泛,最重要的是对未来一代可行的既是食品和燃料。

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