Zhou Guangyu es el fundador del mejoramiento "molecular" de plantas
En 1957, para llenar el vacío de profesionales de microbiología en el Instituto de Bioquímica, el profesor Wang Yinglai consiguió el puesto del profesor Zhou Guangyu. Después de llegar al Instituto de Bioquímica, aprovechó al máximo la teoría y la tecnología bioquímicas para guiar la exploración de la investigación sobre la producción de fermentación. Se tardó menos de un año en completar la investigación sobre la fermentación del "ácido metilenosuccínico". Luego, investigó el estado actual de la "fermentación de ácido glutámico" (MSG) nacional consultando literatura extranjera y descubrió que Japón en ese momento utilizaba la fermentación de ácido glutámico para producir MSG, que era de bajo costo y bastante competitivo en el mercado internacional. En ese momento, la producción de glutamato monosódico en mi país todavía dependía de la hidrolización del gluten con ácido clorhídrico, que no sólo tenía altos costos de producción y baja producción, sino que también tenía condiciones laborales particularmente malas. Como los trabajadores están expuestos al gas ácido clorhídrico durante mucho tiempo, su salud corre un gran riesgo. En particular, la marca china "Foshou" MSG perderá su ventaja en el mercado internacional. En aquel momento, en la situación del Gran Salto Adelante de China, ¿cómo resolver el problema del "exceso de comida"? Zhou Guangyu decidió realizar una investigación sobre la "fermentación del ácido glutámico". Cuando no había ninguna cepa en la fermentación, cooperó con el Departamento de Biología de la Universidad de Pekín, movilizando a los estudiantes para recolectar muestras para aislar cepas, establecer un método de análisis cualitativo para el ácido glutámico y examinar una gran cantidad de cepas para obtener cepas para la fermentación. experimentos. Organizó una investigación colaborativa con investigadores de la fábrica de MSG Chutian de Shanghai y el Instituto de Investigación de la Industria Ligera de Shanghai. A través de una minuciosa investigación sobre las condiciones de fermentación, se establecieron el análisis cualitativo y cuantitativo del ácido glutámico en el caldo de fermentación y la tecnología de separación del ácido glutámico en el caldo de fermentación.
En ese momento, su investigación dio como resultado el nivel más alto de producción de ácido glutámico en matraces batidos en el mundo en ese momento, lo que marcó que la fermentación de ácido glutámico en mi país había alcanzado el nivel de producción industrial a gran escala. de glutamato monosódico y promovió la producción industrial de glutamato monosódico en mi país. Al mismo tiempo, también capacitó a un grupo de investigadores científicos para nuestro país y sentó una base sólida para la industria de fermentación de glutamato monosódico de nuestro país en la década de 1960. Por lo tanto, Zhou Guangyu fue nombrado el primer portador de la bandera roja nacional del "8 de marzo" en 1959, y su artículo sobre fermentación de ácido glutámico de 1959 fue calificado como un artículo destacado en Shanghai. 1978 "Fermentación del ácido glutámico" ganó el premio Major Achievement Award de la Academia de Ciencias de China y de Shanghai.
A principios de la década de 1960, China sufrió tres años de desastres naturales. Zhou Guangyu se dio cuenta más profundamente que antes de que la agricultura es la base de la economía nacional de China. Las técnicas tradicionales de mejoramiento agrícola ya no pueden cumplir con los requisitos para mejorar el rendimiento y la calidad de los cultivos, y se necesitan con urgencia nuevas técnicas de mejoramiento. A principios de la década de 1970 apareció en el mundo la ingeniería genética microbiana. Aunque la investigación sobre organismos superiores aún no ha comenzado, se ha dado cuenta de que cuando la biología molecular se desarrolle hasta el surgimiento de la ingeniería genética, el fitomejoramiento puede entrar en la fase entre el mejoramiento agrícola y la biología molecular después de la selección natural, el cruzamiento y la hibridación a distancia. de unión. No sólo puede romper las barreras de la hibridación sexual, sino también combinar genes o genes sintéticos de cualquier organismo, ampliar ampliamente el acervo genético, abrir nuevas vías para la reproducción agrícola direccional y avanzar hacia la modernización agrícola. En ese momento, era muy difícil realizar investigaciones de ingeniería genética en China en términos de operaciones técnicas y equipos. Ella cree que si nos centramos en seguir la literatura extranjera y simplemente desarrollamos temas de investigación en ingeniería genética, invertiremos mucho dinero y estaremos limitados por la falta de genes efectivos y sus componentes de expresión, por lo que será difícil lograr los beneficios de producción esperados. . Señaló que la ruta de investigación que comenzamos era contraria a la literatura. Primero debemos desarrollar resultados productivos de mejoramiento molecular y luego realizar investigaciones efectivas de identificación, aislamiento y recombinación de genes. Esto puede resolver el problema de la fuente de genes beneficiosos y puede ser posible desarrollar libremente el mejoramiento molecular en combinación con la ingeniería genética para lograr el propósito de una expansión de la producción a gran escala, pero ¿por dónde empezar la investigación?
Para hacer realidad la idea del mejoramiento molecular agrícola, Zhou Guangyu comenzó una investigación sobre el mejoramiento agrícola en 1974, enfocándose en el estudio de híbridos distantes exitosos de cultivos alimentarios en mi país, como el maíz y el arroz. , arroz de sorgo, arroz de bambú, etc. Se sabe desde hace tiempo que las estructuras cromosómicas entre parientes lejanos son generalmente incompatibles, lo que significa que tales cruces no tendrán éxito. Pero ¿por qué China tiene tantos cultivos híbridos distantes exitosos? Para aclarar este problema, fue a universidades agrícolas y academias de ciencias agrícolas en Guangdong, Guangxi, Jiangsu, Zhejiang, Jilin, Hunan, Liaoning, Beijing y otros lugares para consultar y discutir con criadores y genetistas, y con agricultores con conocimientos prácticos. estudio de cría.
También visitó la base de cría en la isla de Hainan y operó personalmente el cruce bajo el sol abrasador.
Basándose en la investigación y la práctica de la hibridación a distancia, analizó y resumió un fenómeno de hibridación a distancia desde la perspectiva de la biología molecular (es decir, la proporción entre descendientes y padres maternos es estable, la variación es pequeña, y los cromosomas bajo un microscopio óptico (el número, tamaño y forma de los cromosomas son los mismos que los del padre materno, pero la variación fenotípica se puede heredar), y se propuso la teoría de la hibridación del segmento de ADN. Esta teoría sostiene que aunque el. Las estructuras cromosómicas entre parientes lejanos son incompatibles en su conjunto, la evolución desde cierta perspectiva, la estructura de algunos genes puede mantener una determinada relación genética. Cuando el genoma de un polen de parentesco lejano ingresa a la madre (receptor), algunos fragmentos de ADN (genes o secuencias reguladoras) pueden integrarse en el cromosoma receptor, provocando variación genética en la descendencia. Este tipo de mutación causada por la introducción de fragmentos de ADN (genes) extraños en otra planta es en realidad ingeniería genética natural. Debido a que el fragmento de ADN exógeno integrado en el cromosoma es muy pequeño, las diferencias en la morfología y estructura del cromosoma causadas por la inserción del fragmento de ADN no se pueden ver con un microscopio óptico. Debido a que sólo se puede insertar una pequeña cantidad de fragmentos de ADN exógeno en el cromosoma, el fenotipo de la descendencia es básicamente el mismo que el de la madre receptora, con sólo unos pocos rasgos que causan variación.
Cuando se propuso su teoría de la hibridación de fragmentos de ADN, algunos académicos autorizados de la escuela de genética de la época se opusieron firmemente a ella porque era desconocida y se consideraba inconsistente con las leyes de la reproducción genética. También hay algunas figuras autorizadas en los círculos científicos y tecnológicos que expresan opiniones sin estudiar los hechos del mejoramiento molecular. El desarrollo del mejoramiento molecular de plantas ha encontrado una gran resistencia. Pero Zhou Guangyu cree firmemente que los hechos siempre hablan más que las palabras. Quería hablar con hechos científicos.
Debido a que la ingeniería genética es la integración de fragmentos de ADN (genes), el estudio de la hipótesis de la hibridación de fragmentos de ADN en hibridación a distancia se convirtió en la base teórica para introducir ADN en plantas para el mejoramiento molecular en ese momento. Para ello diseñó y dirigió la verificación experimental. El grupo de investigación que dirigió trabajó con unidades relevantes para analizar las isoenzimas esterasas del arroz de sorgo híbrido distante, demostrando que las esterasas del sorgo parental distante existen en el arroz de sorgo. Al hibridar ADN específico del sorgo con arroz de sorgo como sonda, se demostró que el ADN del sorgo está efectivamente integrado en el arroz de sorgo. En el estudio de la cinética de renaturalización del ADN repetitivo, se demostró que los cambios obvios en la cinética de renaturalización del sorgo y el arroz fueron causados por la inserción de secuencias repetitivas del sorgo en el arroz. Los resultados de esta investigación se publicaron en el artículo, que proporcionó datos sólidos que respaldan la teoría de la hibridación de fragmentos de ADN y también proporcionó una base teórica y de diseño para su tecnología de mejoramiento molecular de plantas.
El concepto de diseño de la tecnología de mejoramiento molecular de plantas (ADN exógeno introducido en las plantas) es una tecnología de mejoramiento que simula la hibridación de polinización. Los fragmentos del ADN total del donante están diseñados para tener características especiales. Dentro de un cierto período de tiempo después de la autopolinización del receptor, el ADN ingresa al saco embrionario a lo largo del canal del tubo polínico y transforma el óvulo fertilizado y sus células. Debido a que estas células no tienen paredes celulares normales, pueden considerarse protoplastos naturales y pueden integrarse fácilmente con el ADN. Ella y investigadores de la Academia de Ciencias Agrícolas de Jiangsu establecieron por primera vez un sistema de método técnico para convertir los canales de polen en ADN (genes) en el algodón. El equipo de investigación dirigido por ella utilizó 3[H]-ADN para introducirlo en el algodón después de la polinización, lo que demuestra que el ADN puede llegar al saco embrionario directamente a través del canal del tubo polínico. La introducción del ADN M13(mp7) en el algodón demostró la integración del ADN M13(mp7) en embriones de algodón. El gen de resistencia a la kanamicina se introdujo en el arroz para su expresión. Estos demuestran plenamente la viabilidad del diseño. La tecnología de mejoramiento molecular de plantas se aplicó con éxito por primera vez al algodón y se obtuvieron muchos descendientes mutantes y económicamente valiosos.
En 65438-0983, Zhou Guangyu publicó un artículo líder internacional sobre tecnología de mejoramiento molecular de plantas en la prestigiosa revista estadounidense "Methods in Enzymology", que atrajo la atención de la comunidad académica. Esta tecnología ha sido ampliamente verificada teóricamente y aplicada en la cría en el país y en el extranjero. Zhou Guangyu fue invitado a dar conferencias más de 50 veces en universidades e instituciones de investigación científica en 10 países de Estados Unidos, Europa y Asia, y presentó 18 informes en seminarios académicos nacionales e internacionales.
Con el fin de promover el desarrollo del mejoramiento molecular de plantas en mi país, Zhou Guangyu celebró tres seminarios académicos nacionales sobre mejoramiento molecular de plantas en Dezhou, Shandong en mayo de 1988, Shanghai en febrero de 1965 y Changsha en mayo de 1994. Participantes Son cerca de 100 unidades y 500 personas.
Bajo la guía de sus teorías y métodos, y con su promoción, esta tecnología ha sido ampliamente verificada y aplicada en China, como la transformación exitosa del trigo con el gen GUS del Instituto de Genética y Desarrollo de la Academia de Ciencias de China; el gen de la toxina Bt de la Academia China de Ciencias Agrícolas transformó el algodón para lograr resistencia a los insectos; la Academia de Ciencias Agrícolas de Heilongjiang introdujo ADN de soja silvestre en semillas de soja cultivadas para desarrollar líneas de soja de maduración temprana y ricas en proteínas. La Academia de Ciencias Agrícolas de Jilin ha desarrollado líneas de soja resistentes a la enfermedad del mosaico; la Academia de Ciencias Agrícolas de Jiangsu y la Universidad Agrícola de Hunan han desarrollado nuevas variedades con alto rendimiento, alta calidad, resistencia al estrés, resistencia al marchitamiento por Fusarium y resistencia al marchitamiento por Verticillium. La Academia de Ciencias Agrícolas de Guangxi introdujo ADN de arroz silvestre medicinal en arroz cultivado para desarrollar una nueva variedad específica de arroz glutinoso. En la actualidad, casi un centenar de laboratorios en China han adoptado esta tecnología y han logrado resultados ideales en más de 40 tipos de plantas, incluidos arroz, trigo, algodón, frijoles, hortalizas, caña de azúcar y árboles.
En 65438-0988, grupos de investigación de la Universidad de Cornell en Estados Unidos y el Instituto Max Planck de Mejoramiento Vegetal en Alemania Occidental publicaron artículos respectivamente, realizando repetidas verificaciones moleculares de la tecnología de mejoramiento molecular creada por Zhou.
En el IV Congreso Internacional de Biología Molecular Vegetal celebrado en los Países Bajos en 1994, se informó que el Departamento de Botánica de la Universidad de Tel-Ariv en Israel y el Instituto Max Planck de Fitomejoramiento en Alemania habían utilizado Los transgénicos a través de los canales del tubo polínico transforman los genes NPT y Bar en 12 trigos de primavera, con una tasa de transformación de hasta el 6%.
En 1986, la tecnología de mejoramiento molecular de plantas creada por Zhou Guangyu fue plenamente reconocida en la reunión de evaluación a nivel de academia (ministerio) organizada conjuntamente por la Oficina de Cooperación Científica y Tecnológica de la Academia de Ciencias de China y la Ministerio de Agricultura, Ganadería y Pesca. Los expertos en la reunión coincidieron en que "esta tecnología proporciona un buen sistema experimental para estudiar la introducción de genes extraños y proporciona una nueva tecnología para ampliar el alcance de la variación de las plantas, este es un nuevo enfoque con valor de aplicación". "