Nature Plants|作物改良不再需要“转基因”

文摘   2024-07-19 17:36   中国香港  
2024年6月7日,Science Advances上线了一篇关于水稻基因编辑的研究论文,“Multiplexed CRISPR-Cas9 mutagenesis of rice PSBS1noncoding sequences for transgene-free overexpression”。该研究利用CRISPR-Cas9系统对PSBS1基因上游的非编码区进行半随机编辑,并通过一套高通量筛选方案,鉴定到了两株PSBS1基因过表达的水稻,成功提高了水稻的光合作用效率

2024年7月17日,Nature Plants上线了一篇相关的评论员文章,“No transgene needed”。其主要内容如下:
转基因作物的“冤屈”与科学的坚持

长久以来,转基因作物似乎总背负着不应有的偏见与误解,而植物学家们深知,这背后的真相远比表象复杂。面对新卢德主义团体深植人心的恐惧、不确定与怀疑(Neo-Luddites,卢德主义/卢德运动指的是工业革命时期手工业者通过打砸机器等方式反对工业革命的一场运动),科学家们选择用事实说话。他们坚信,农业的本质是一场与自然界的不屑博弈,而非田园牧歌式的大自然自我调节进程。在这场较量中,人类依靠的不仅是双手,更是智慧的结晶——包括高度改造的作物与先进的科技工具。

CRISPR-Cas9:基因编辑的“精准手术刀”

为了打破偏见,科学家们找到了一把“精准手术刀”——CRISPR-Cas9基因编辑技术。这项技术不仅能够锁定特定的基因编码区域,更可贵的是,它能够对调控基因表达的顺式作用元件或启动子进行精确修改。这种策略减少了可能的脱靶效应、多效性影响及表观遗传交互作用,从而有效避免了不必要的扰动,同时催生了一系列丰富的量化表型。

Niyogi教授团队的突破:无转基因也能高效过表达

在这场技术革新的浪潮中,Niyogi教授和他的同事们将目标锁定在提升光合作用效率上。他们选定了水稻中的PSBS1基因作为突破口,这个基因在光保护机制——非光化学淬灭中扮演关键角色。过去的研究已经证实,PSBS1的转基因过表达能够显著增强光合效率,然而,能否在不引入外来基因的前提下实现这一效果,仍然是不确定的。

该研究团队通过CRISPR-Cas9技术,对水稻中的PSBS1基因上游非编码区进行了半随机编辑。此外,通过精心设计的高通量筛选方案,迅速识别并评估了所有突变体的表现。最终,在不引入外源基因的情况下,成功实现了PSBS1基因的过表达。

实验结果中,绝大多数编辑后的植株展现出与野生型相似的功能表型,或是表现为该基因的表达下调或完全失活。但在筛选的120个品系中,有两株表现出了惊人的过表达特性。进一步的测序分析揭示,其中一株实现了4kb的DNA片段完美倒置,而另一株则完成了256kb大片段的复杂倒置与重复。尤其值得一提的是,在后者复杂的结构变异中,转录组学分析表明,除了PSBS1之外,仅有极少数非目标基因的表达受到了影响。

未来展望:无转基因技术的全球认可与广泛应用

Niyogi教授团队的这一突破性成果,不仅为提升光合作用效率提供了新思路,更为农业作物的全面改良打开了大门。无论是增强作物的抗旱性、抗病性,还是提高产量与品质,无转基因技术都展现出了巨大的潜力。我们有理由相信,随着这一技术的不断成熟与普及,它将在全球范围内赢得广泛认可,成为解决粮食安全问题的重要工具。

在这个充满希望的时代,让我们共同期待,无转基因作物改良技术能够引领农业走向更加绿色、可持续的未来,为人类的餐桌增添更多健康与希望。

植物逆境适应研究
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