合成生物学在农业领域的应用案例

途径

方法

应用案例

提高植物作物光合作用效率

提高Rubisco酶活性

用野生小麦中具有高CO2底物特异性的Rubisco替代栽培小麦中的Rubisco酶后，固碳效率理论上将会增加20%

引入碳浓缩机制

2016年，TobiasErb研究小组发表了第一个用于体外固定CO2的全合成代谢途径。该途径由来自9种不同生物的17种酶组成，比天然碳固定途径的效率提高了5倍，并且完全对氧气不敏感

减少（光）呼吸过程CO2损失

美国伊利诺伊大学的DonaldR.Ort课题组采用合成生物学手段重新设计光呼吸过程以降低光呼吸通量，使得转基因烟草的生物量较野生型增加了40%

提高光能利用效率

我国的郭房庆研究组通过遗传工程手段分别在拟南芥、烟草和水稻中创建了一条全新的D1蛋白合成途径，使得光合作用效率提高，从而增加了植物的生物量和产量

促进自主固氮

建立固氮酶或共生固氮

国际上许多研究团队已开始借助菌根共生体系的部分信号通路并将其引入非豆科植物体，人工构建非豆科作物结瘤固氮体系，实现非豆科植物自主固氮

合成植物微生物组

致力于改善作物根系微生物群的PivotBio公司，已经实现了通过人工构建微生物群来增强植物根系的固氮能力，并最终减少化学肥料的使用

重塑代谢通路

合成/改良代谢途径

美国公司GreenLight致力于在农业和医疗领域开发高性能的RNA产品，其双链RNA喷剂产品可用于害虫、杂草和有害真菌的防治；

美国公司AgBiome致力于将微生物群落用于植物遗传性状分析、生物农药研制，以及开发新型农作物保护产品

防治虫害

生物农药

英国公司Oxitec主要通过改造害虫基因，以及利用虫际传播来控制和减少害虫，从而避免害虫传播疾病和毁坏农作物

改造害虫基因

美国公司Calysta正在利用天然气和微生物发酵生产蛋白饲料。该产品可用于鱼类、牲畜及宠物营养的蛋白替代，且已经在多个国家获得批准使用

为牲畜提供高效蛋白饲料

新一代酶解决方案

美国公司Agrivida首款产品Grain酵素植酸酶可以提高动物饲料的消化率，减少动物体内的营养抑制剂，从而使畜牧养殖业受益