先鋒生物學(xué)家通過(guò)基因組編輯創(chuàng)造了新作物

小麥、玉米等農(nóng)作物經(jīng)歷了幾千年的育種過(guò)程，在此期間人類逐漸改變了野生植物的特性以滿足其需求。一個(gè)動(dòng)機(jī)是它仍然是一個(gè)較高的回報(bào)率。這種育種的一個(gè)“副作用”是遺傳多樣性的減少和有用特性的喪失。除其他外，這表現(xiàn)在對(duì)疾病的易感性增加、缺乏味道或現(xiàn)代品種中維生素和營(yíng)養(yǎng)物含量減少?，F(xiàn)在，來(lái)自巴西、美國(guó)和德國(guó)的研究人員首次使用CRISPR-Cas9(一種現(xiàn)代基因組編輯過(guò)程)在一代時(shí)間內(nèi)從野生植物中創(chuàng)造出一種新作物。從“野生番茄”開始，他們?cè)诓粏适б吧参镎滟F遺傳特性的情況下，引入了許多作物特性。研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在當(dāng)前的《自然生物技術(shù)》雜志上。

“這種新方法使我們能夠從頭開始，重新開始新的馴化過(guò)程，”德國(guó)明斯特大學(xué)的生物學(xué)家rgKudla教授說(shuō)，他的團(tuán)隊(duì)參與了這項(xiàng)研究。“通過(guò)這樣做，我們可以利用研究人員在過(guò)去幾十年中積累的所有植物遺傳學(xué)和植物馴化知識(shí)。我們可以保留野生植物的遺傳潛力和特別有價(jià)值的特性，同時(shí)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生現(xiàn)代作物所需的特性。”總之，研究人員花了大約三年時(shí)間研究他們的研究。

研究人員選擇茄子作為親本植物物種，這是一種來(lái)自南美洲的野生番茄，也是現(xiàn)代栽培番茄的祖先。野生植物的果實(shí)只有豌豆那么大，而且產(chǎn)量很低——這兩個(gè)特點(diǎn)讓它們不適合做農(nóng)作物。另一方面，水果比現(xiàn)代番茄更香，現(xiàn)代番茄因繁殖而失去一些風(fēng)味。此外，野果中含有較多的番茄紅素。這種所謂的自由基清除劑，即抗氧化劑，被認(rèn)為是健康的，因此是一種受歡迎的成分。

研究人員利用“多重CRISPR-Cas9”對(duì)野生植物進(jìn)行改造，使后代植物可以對(duì)6個(gè)基因進(jìn)行微小的遺傳改造。這些決定性基因在過(guò)去的幾年里已經(jīng)被研究人員所認(rèn)識(shí)，并被認(rèn)為是馴化番茄特性的遺傳關(guān)鍵。具體來(lái)說(shuō)，與野生番茄相比，研究人員做了以下修改：果實(shí)比野生番茄大三倍，相當(dāng)于櫻桃番茄的大小。果實(shí)的數(shù)量是果實(shí)的十倍，形狀比圓形野果更橢圓形。這個(gè)屬性很受歡迎，因?yàn)橄掠甑臅r(shí)候，圓形的水果比橢圓形的水果分開的更快。植物也有更緊湊的生長(zhǎng)。

另一個(gè)重要的新特征是，新番茄品種的番茄紅素含量是野生親本的兩倍多——而且不少于傳統(tǒng)圣女果的五倍。“這是一個(gè)決定性的創(chuàng)新。目前，種植西紅柿的傳統(tǒng)育種技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，”rgKudla說(shuō)?！胺鸭t素可以幫助預(yù)防癌癥和心血管疾病。因此，從健康的角度來(lái)看，與傳統(tǒng)種植的番茄和其他只含有極少量番茄紅素的蔬菜相比，我們創(chuàng)造的番茄可能具有額外的價(jià)值。”他補(bǔ)充說(shuō)，到目前為止，育種者試圖增加栽培番茄中的番茄紅素含量，但沒(méi)有成功。然而，在他們成功的情況下，

rgKudla總結(jié)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的困境：“我們的現(xiàn)代作物是繁殖的結(jié)果——有各種各樣的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。彈性等很多屬性已經(jīng)喪失，我們只能通過(guò)它們重新獲得，這是一個(gè)艱苦的、長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的與野生植物的回交過(guò)程——如果有的話。原因是許多基因之間的相互作用無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的育種過(guò)程恢復(fù)。從很多方面來(lái)說(shuō)，馴化就像是一個(gè)繁殖問(wèn)題。在現(xiàn)代基因組編輯器的幫助下，我們可以利用野生植物的優(yōu)勢(shì)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。簡(jiǎn)而言之，分子的“從頭馴化”提供了巨大的潛力——也產(chǎn)生了新的和理想的特征。”此外，庫(kù)達(dá)特教授補(bǔ)充說(shuō)，現(xiàn)在有可能，例如，

這種方法的細(xì)節(jié)：研究人員使用CRISPR-Cas9方法通過(guò)所謂的功能缺失突變來(lái)靶向和滅活茄屬植物中的基因。從這樣的轉(zhuǎn)基因植物中，他們選擇合適的成熟親本植物。研究人員檢查了這些親本植物后代的外部可見(jiàn)特征，并分析了它們的特征。

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