硼含量过高

硼是一种天然携带的盐土元素，在海洋土壤中自然含量很高，覆盖了南澳大利亚的大部分地区。例如，在南澳大利亚，在我们的粮食种植区，我们认为30%的土壤在100厘米的土壤中硼含量超过15毫克/公斤，这是硼中毒的阈值。

克里斯:那么当你在这样的土壤中种植植物时，它对植物本身有什么影响呢?它在某种程度上直接有毒吗?

蒂姆:是的。土壤中的硼几乎立即被植物的根吸收。它进入蒸腾流。然后在树叶中积累。一旦它在叶子中达到一定的阈值浓度，它就会影响代谢过程。植物细胞死亡。叶子最终会枯死，你会得到一棵叶子中含有那么多硼的植物，它真的很难生存。这段历史很有趣。硼中毒实际上是在20世纪80年代初在南澳大利亚发现的一个问题。在南澳大利亚各地点采集的土壤样品中，叶片中的硼含量与土壤中的硼含量之间存在关联。因此，这开始了韦特校区传统植物育种的整个过程，其中第一个提示是筛选大麦的野生近缘种。它们天生对硼的毒性有很高的耐受性。 And one of the most tolerant lines that was discovered in their early work was a line called Sahara. It's an Algerian land race. It comes from obviously West Africa and it's highly boron tolerant. It grows very heavily on concentrations of boron in the soil that far exceed anything we see in an agronomic situation. You wouldn't grow them as a farmer because you wouldn't get a good crop out of them.

Chris:所以你的计划当然是，先确定这样的品种，然后与高产品种杂交，这样你就能两全其美了。你不仅能获得产量，还能在含有大量硼的土壤上很好地生长。

蒂姆:没错，这是现代植物育种的基础。因此撒哈拉这一品系在南澳大利亚的育种项目中被广泛使用，作为对硼耐受性性状的供体品系，并已通过传统育种方法整合到更多的大麦农艺土地中。

Chris -你怎么知道你把抗硼的特性植入了后代，植入了你通过将抗硼的形式与高产品种杂交而培育出来的新杂交种?

蒂姆:我们可以观察这些杂交的后代，我们可以对它们进行表型评估。它们是否耐硼?如果是的话，它们显然有耐受性所需的基因或基因座，或者我们可以使用更现代的技术，利用分子标记，或者我们可以使用DNA标签，我们知道它与感兴趣的硼耐受性性状有关，我们可以筛选后代，通过分子标记进行杂交。

那么你真的知道是什么基因让植物在土壤中硼过量的情况下长得很好吗?你有这种基因吗?

蒂姆:是的，我们有。我们有。我们知道大麦中至少有四个主要基因是在90年代末通过传统的测绘工作确定的。我们已经克隆了其中的三个，四个主要转运体中的三个。因此，我们对大麦这些耐受性性状的分子基础有了很好的了解。

Chris -你说的是传送器。因此，这些基因制造了某种泵，可以将硼从植物中移出如果在土壤中，硼试图进入植物，它可以摆脱硼。

蒂姆:没错。位于大麦第4号染色体上的主要转运蛋白是一种膜外排转运蛋白，它在植物中的作用是一旦硼进入细胞就将其泵出。这样做的净效果是，植物叶片中的积累量减少了。植物更快乐了。它们没有毒性。

克里斯-如果你把同样的植物放在没有太多硼的土壤上呢?还是更快乐?

蒂姆:这取决于你说的是哪种基因。4号染色体上的主要染色体是组成性表达的这意味着它不是由硼的存在引起的。它随时随地都在播放。这样做的缺点是，在土壤中硼供应较低的条件下，这些植物实际上会出现轻微的缺硼症状。它们没有从叶子中获得足够的硼来保持快乐。这是我们正在努力改变的。这是一个很好的例子，说明为什么克隆这些基因非常重要。确定这些基因的确切序列。一旦我们知道了这一点，我们就可以研究这些基因上游控制它们表达的调节元件。换句话说，这些东西是什么时候表达的，表达了多少。 Once we know these things, we can then start to modify them and one of the things we could try and do, and we are trying to do indeed is to make this boron transporter inducible to boron so that when it's not needed in the plant, it's not expressed. But when it is needed under conditions of high boron, the gene comes on, and you get the tolerance phenotype that you're looking for.

克里斯:这将是非常简洁的，因为植物会根据自己的需要对环境做出反应。而且你不需要有超过一种植物。如果你想看看这项技术的影响假设你将会成功，它会对你在澳大利亚和世界其他国家的产量产生什么影响?

蒂姆:我们认为，至少在澳大利亚南部，30%的土壤受到硼的影响。这将使年产量达到2.5亿美元。但从全球范围来看，这很难说，因为这些问题往往不是孤立出现的。通常情况下，当你有一个硼有毒的土壤，伴随着盐，铝毒性，一系列的问题，很难分离和挑出来。这可能会产生巨大的影响。

克里斯:你们离准备收割庄稼还有多远?

蒂姆:我们正在努力使这种材料达到对农民有用的阶段，事实上，我们在南澳大利亚进行的转基因田间试验已经进入第二阶段或第二年了，我们的基因材料中含有来自撒哈拉沙漠的抗硼基因。所以我们现在在这个生长季节评估这些材料。