India-UK Nitrogen Fixation Centre (IUNFC)

印度-英国固氮中心 (IUNFC)

基本信息

  • 批准号:
    BB/N013387/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 172.9万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2016 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Nitrogen is an essential element of biological molecules and life on earth. Lack of usable nitrogen limits growth of microbes, plants, and animals. Lack of nitrogen in agricultural soils limits plant production of food, feed, fibre and fuel. Nature solved the nitrogen limitation problem via evolution of biological nitrogen fixation (BNF) in diazotrophic bacteria that reduce atmospheric N2 to NH3, which is readily assimilated into biological molecules. Biological nitrogen fixation is catalyzed by a complex metalloenzyme called nitrogenase whose oxygen-sensitivity may explain its restricted distribution amongst prokaryotes. Some plants, including most legumes and a few non-legumes form intimate, nitrogen-fixing symbioses with diazotrophs that provide the plants with ammonia. As a consequence, legumes have been an integral part of sustainable agricultural systems for thousands of years. However, in an effort to increase plant yields large-scale use of industrially-produced N-fertilizer has doubled the influx of N into the terrestrial biogeochemical N-cycle, with serious negative consequences for human health and the natural environment. Therefore, the long-term sustainability of massive N-fertilizer inputs in agriculture has come into question. A team of eight investigators in India and two in the UK have come together to enhance the use of legumes, increase their effectiveness at fixing nitrogen and develop endophytic diazotrophs for use on cereals such as rice. Our focus is on pigeon pea, which is the second most widely planted legume in India but suffers from poor rates of BNF and low yields. We will select elite lines of pigeon pea and competitive rhizobial inoculants to maximise yields while improving their robustness. In addition we will develop phosphate solubilising strains of rhizobia as the supply of phosphorous often limits the rates on BNF and plant yield. Desirable traits for BNF and phosphate solubilisation will then be stacked into rhizobial inocula. A final long-term aim is the transfer of BNF to cereals, particularly rice, by the use of endophytic diazoptophs that can be inoculated onto cereals. This will be done both by selection of new endophytic diazotrophs and by manipulation of the control of BNF and ammonia secretion in elite strains. To achieve these aims we bring together the national leaders in India and the UK with expertise in bacterial and plant genetics, genomics, biochemistry, molecular and cell biology, physiology, synthetic biology combined with a deep knowledge of BNF in Indian soils and different regions. Improving BNF in our target plants will increase croyields for resource-poor farmers while decreasing the use and environmental-impact of industrial N-fertilizers.
氮是地球上生物分子和生命的基本元素。可利用氮的缺乏限制了微生物、植物和动物的生长。农业土壤缺氮限制了粮食、饲料、纤维和燃料的植物生产。大自然通过重氮营养细菌的生物固氮(BNF)进化解决了氮的限制问题,它将大气中的N2还原为NH3, NH3很容易被生物分子吸收。生物固氮是由一种称为氮酶的复杂金属酶催化的,其氧敏感性可以解释其在原核生物中的有限分布。一些植物,包括大多数豆科植物和少数非豆科植物,与重氮营养体形成亲密的固氮共生关系,为植物提供氨。因此,数千年来,豆类一直是可持续农业系统的一个组成部分。然而,为了提高植物产量,大规模使用工业生产的氮肥使进入陆地生物地球化学氮循环的氮增加了一倍,对人类健康和自然环境产生了严重的负面影响。因此,大量氮肥投入农业的长期可持续性受到质疑。一个由印度的8名研究人员和英国的2名研究人员组成的团队已经联合起来,加强对豆类的利用,提高它们固定氮的效率,并开发用于水稻等谷物的内生重氮营养体。我们的重点是鸽豆,这是印度种植面积第二大的豆科植物,但BNF率低,产量低。我们将选择优良的鸽豆品系和具有竞争力的根瘤菌接种剂,以最大限度地提高产量,同时提高其稳健性。此外,我们将开发磷酸盐溶根菌菌株,因为磷的供应往往限制了BNF和植物产量的速度。理想的性状BNF和磷酸盐增溶将然后堆叠到根瘤菌接种。最后一个长期目标是利用可接种到谷物上的内生重氮菌,将BNF转移到谷物,特别是水稻上。这将通过选择新的内生重氮营养菌和控制精英菌株的BNF和氨分泌来实现。为了实现这些目标,我们汇集了印度和英国的国家领导人,他们在细菌和植物遗传学、基因组学、生物化学、分子和细胞生物学、生理学、合成生物学方面的专业知识,并结合了对印度土壤和不同地区BNF的深入了解。在我们的目标植物中改善氮肥将增加资源贫乏农民的作物产量,同时减少工业氮肥的使用和对环境的影响。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Poor Competitiveness of Bradyrhizobium in Pigeon Pea Root Colonization in Indian Soils.
  • DOI:
    10.1128/mbio.00423-21
  • 发表时间:
    2021-08-31
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Chalasani D;Basu A;Pullabhotla SVSRN;Jorrin B;Neal AL;Poole PS;Podile AR;Tkacz A
  • 通讯作者:
    Tkacz A
Multimodal correlative imaging and modelling of phosphorus uptake from soil by hyphae of mycorrhizal fungi.
  • DOI:
    10.1111/nph.17980
  • 发表时间:
    2022-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.4
  • 作者:
    Keyes, Sam;van Veelen, Arjen;Fletcher, Dan McKay;Scotson, Callum;Koebernick, Nico;Petroselli, Chiara;Williams, Katherine;Ruiz, Siul;Cooper, Laura;Mayon, Robbie;Duncan, Simon;Dumont, Marc;Jakobsen, Iver;Oldroyd, Giles;Tkacz, Andrzej;Poole, Philip;Mosselmans, Fred;Borca, Camelia;Huthwelker, Thomas;Jones, David L.;Roose, Tiina
  • 通讯作者:
    Roose, Tiina
Disrupting hierarchical control of nitrogen fixation enables carbon-dependent regulation of ammonia excretion in soil diazotrophs.
破坏对氮固定的分层控制,可以使土壤重生营养物中氨排泄的碳依赖性调节。
  • DOI:
    10.1371/journal.pgen.1009617
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Bueno Batista M;Brett P;Appia-Ayme C;Wang YP;Dixon R
  • 通讯作者:
    Dixon R
Genomic Diversity of Pigeon Pea (Cajanus cajan L. Millsp.) Endosymbionts in India and Selection of Potential Strains for Use as Agricultural Inoculants.
  • DOI:
    10.3389/fpls.2021.680981
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Jorrin B;Maluk M;Atoliya N;Kumar SC;Chalasani D;Tkacz A;Singh P;Basu A;Pullabhotla SV;Kumar M;Mohanty SR;East AK;Ramachandran VK;James EK;Podile AR;Saxena AK;Rao D;Poole PS
  • 通讯作者:
    Poole PS
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  • DOI:
    10.1094/mpmi-06-21-0138-r
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Crang N
  • 通讯作者:
    Crang N
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  • 通讯作者:
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    2902365
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    2024
  • 资助金额:
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  • 批准号:
    NE/X009386/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 172.9万
  • 项目类别:
    Research Grant
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