BBSRC-NSF/BIO: Engineering an algal pyrenoid into higher plants to enhance yields

BBSRC-NSF/BIO:将藻类蛋白核改造入高等植物以提高产量

基本信息

  • 批准号:
    BB/S015337/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 58.82万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2020 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Global food demand is projected to double by 2050. To meet this demand while minimizing ecological damage, new agricultural solutions are needed that allow production of significantly more food from the same amount of land. A major opportunity for enhancing the yields of major global crops such as rice and wheat lies in enhancing their ability to take up CO2 by photosynthesis, from which they make sugar. Here, as a key step towards enhancing crop productivity, we propose to enhance CO2 uptake of the model plant Arabidopsis by engineering it with a minimal synthetic CO2 uptake mechanism with components of the pyrenoid from green algae. Pyrenoids enhance CO2 fixation in nearly all eukaryotic algae on the planet and play a key role in the global carbon cycle. The project consists of three aims that are each targeted at engineering one of the key components of the pyrenoid into Arabidopsis, and one computational aim that will develop a quantitative model of pyrenoid function to support the other three aims. These four aims will synergize to produce a minimal, functional pyrenoid in Arabidopsis. To support our plant engineering efforts, we will perform targeted research in algae and in vitro. The project benefits from an outstanding international team with a strong track record of collaboration in advancing both our basic knowledge of the pyrenoid and our ability to engineer algal components into higher plants. The collaboration has recently yielded key insights into the principles underlying pyrenoid structure and biogenesis, and has made significant preliminary advances in expressing algal components in higher plants. The project will use synthetic biology-based approaches to contribute to our basic understanding of an algal mechanism that is of ecological and biogeochemical importance, and will advance our ability to improve plant growth using advanced engineering strategies. If we succeed in enhancing CO2 uptake in Arabidopsis, our work will lay the foundations for significant increases in global crop yields, and will contribute to meeting the 2050 global food demand with minimal ecological impacts.
预计到2050年,全球粮食需求将翻一番。为了满足这一需求,同时需要最大程度地减少生态损害,需要新的农业解决方案,以允许从相同数量的土地中生产更多的食物。增强大米和小麦等主要全球作物产量的主要机会在于增强其通过光合作用摄入二氧化碳的能力,从而从中制成糖。在这里,作为提高农作物生产力的关键一步,我们建议通过用最小的合成二氧化碳摄取机制来增强二氧化碳的吸收,并用绿色藻类的类似物的成分进行工程。类似力型增强了地球上几乎所有真核藻类的二氧化碳固定,并在全球碳循环中起关键作用。该项目由三个目标组成,每个目标都旨在工程拟南芥中的拟南芥的一个关键组成部分之一,一个计算目标将开发一种定量模型的pyrenoid函数模型,以支持其他三个目标。这四个目标将协同作用,在拟南芥中产生最小的功能性类球。为了支持我们的工厂工程工作,我们将在藻类和体外进行有针对性的研究。该项目受益于一支杰出的国际团队,其合作的良好记录在推进我们对类似力的基本知识以及我们将藻类组件设计到更高植物中的能力。该协作最近对拟甲状腺素类结构和生物发生的原理产生了关键的见解,并在表达高等植物的藻类成分方面取得了重大初步进步。该项目将使用基于合成生物学的方法来为我们对具有生态和生物地球化学重要性的藻类机制的基本理解做出贡献,并将提高我们使用先进的工程策略来改善植物生长的能力。如果我们成功增强了拟南芥的二氧化碳吸收,我们的工作将为全球农作物产量的大幅提高而奠定基础,并将有助于满足2050年全球粮食需求,并以最小的生态影响。

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)
The role of BST4 in the pyrenoid of Chlamydomonas reinhardtii
  • DOI:
    10.1101/2023.06.15.545204
  • 发表时间:
    2023-11-17
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Adler, Liat;Lau, Chun Sing;Walker, Charlotte E.
  • 通讯作者:
    Walker, Charlotte E.
A recombineering pipeline to clone large and complex genes in Chlamydomonas.
  • DOI:
    10.1093/plcell/koab024
  • 发表时间:
    2021-05-31
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Emrich-Mills TZ;Yates G;Barrett J;Girr P;Grouneva I;Lau CS;Walker CE;Kwok TK;Davey JW;Johnson MP;Mackinder LCM
  • 通讯作者:
    Mackinder LCM
A recombineering pipeline to clone large and complex genes in Chlamydomonas
克隆衣藻中大型复杂基因的重组工程管道
  • DOI:
    10.1101/2020.05.06.080416
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Emrich-Mills T
  • 通讯作者:
    Emrich-Mills T
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