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2019-12-13 14:37
香蕉危机:今后只能吃基因编辑香蕉了?

原文来自微信公众号:Nature自然科研(Nature-Research),作者: Amy Maxmen,Photo by Lotte Löhr on Unsplash


研究人员正在使用基因编辑工具来增强香蕉的抗病能力,防止一种主要商业品种走向灭绝。



利用基因工程技术创造新一代香蕉的竞赛已经开始。哥伦比亚政府上个月证实,一种能杀死香蕉的真菌已经传播到了全球香蕉的主要来源地——美洲。面对真菌入侵,人们必须尽快创造出能够抗病害的水果。


澳大利亚农场的工人正在检查丰收的香蕉。| 来源:Carla Gottgens/Bloomberg/Getty


科学家们正在通过多种方法拯救香蕉。澳大利亚的一个研究小组已经将一种来自野生香蕉的基因插入了顶级商业品种——卡文迪许(Cavendish)香蕉内,目前正在对这些转基因香蕉进行田间试验。研究人员还求助于强大又精确的基因编辑工具CRISPR,以增强卡文迪许香蕉对真菌的抵抗力,这种真菌名为香蕉枯萎病热带4号(TR4)


利用常规培育方法使卡文迪许香蕉具有TR4抗性是不可能的,因为该品种是不育的,只能通过克隆繁殖。佛罗里达大学的植物病理学家Randy Ploetz说,拯救卡文迪许的唯一方法可能需要改造它的基因组。这个品种的香蕉占到全球香蕉发运量的99%。


James Dale是澳大利亚昆士兰科技大学的生物技术专家。今年7月,当TR4侵入哥伦比亚的传闻一出现,他就开始收到各种关于转基因香蕉的问询。Dale说:“之后哥伦比亚宣布全国进入紧急状态,现在人们的兴趣已经达到了顶峰。”


换一种蕉蕉


这不是商业香蕉品种第一次濒临灭绝。在20世纪上半叶,另一种名为香蕉枯萎病1号(TR1)的镰刀菌几乎消灭那个时代的头号品种——大麦克(Gros Michel)香蕉。好在农民尚有卡文迪许品种作为备选,卡文迪许对TR1有抵抗力,硬度上足以承受出口过程中的各种碰撞,口感和味道也广受喜爱。到上世纪60年代,像金吉达(Chiquita)这样的大型香蕉种植企业开始转而种植卡文迪许香蕉,金吉达现在总部位于佛罗里达州的劳德代尔堡。


可是,这一次就没有信手拈来的“备胎”了。瑞典农业科学大学的植物遗传学家Rodomiro Ortiz说,没有一种自然生长的香蕉既有卡文迪许的受欢迎度,又能抵抗TR4。


真菌的威胁不容小觑。这种真菌是杀菌剂杀不死的“小强”,能在土壤中存活长达30年。这让TR4可以在全球范围内以受污染的设备或土壤作为可能载体,进行缓慢传播。到了90年代,该菌株开始破坏亚洲的香蕉作物,然后入侵澳大利亚、中东和非洲国家。现在,TR4已经来到了美洲,研究人员说,如果不能通过改造香蕉来帮助它抵抗这种真菌,卡文迪许在未来几十年内可能要不复存在了。


Dale的研究小组一直致力于改变卡文迪许香蕉的植株,方法是插入一种来自野生香蕉Musa acuminate malaccensis 的基因,这种基因可以产生对TR4的抗性。2017年,他发表了一项小规模田间试验获得的可喜结果1,15个月前,他开始了一项更大规模的研究。Dale和同事在澳大利亚北部感染了TR4的半公顷土地上种植了转基因卡文迪许香蕉。Dale说,转基因香蕉的表现很好,而在作为对照的普通香蕉中,约有三分之一感染了这种真菌。


他计划在2021年研究结束后向澳大利亚监管机构申请推广转基因卡文迪许香蕉,但他无法预计是否能得到官方的批准,以及审批时间会多长。


即使Dale的转基因香蕉获得批准,把它们卖出去也是个问题。长期以来,转基因作物在世界各地,特别是在欧洲,一直受到公众的抵制。Ploetz说:“James的香蕉非常棒,几乎能对TR4免疫。但消费者是否愿意买这些香蕉完全是另一个问题。”


基因编“蕉”


为了让生物技术香蕉更容易被监管机构接受,Dale还在用CRISPR编辑卡文迪许香蕉的基因组,以增强其对TR4的适应力,这样就不用插入外来基因。具体地说,他试图在卡文迪许中激活一个同样存在于M. acuminate品种中的休眠基因,而该基因对TR4具有抗性。不过,这项工作仍处于早期阶段。Dale说:“距离投入田间试验还要好几年。”


其他研究人员正在利用CRISPR技术,以不同的方式增强卡文迪许的防御能力。位于肯尼亚国际热带农业研究所的分子生物学家Leena Tripathi正在使用基因编辑工具抑制卡文迪许中使其易受TR4攻击的基因。


到目前为止,她只在实验室中编辑过卡文迪许的组织。下一步是把这些组织培育成幼树,然后看看这些植物是否能在TR4暴露的环境中存活下来。菲律宾的研究人员提出帮助Tripathi在菲律宾测试他所改造的卡文迪许品种——菲律宾有TR4,但肯尼亚没有。


研究人员编辑了香蕉幼株的基因组,以抵御一种名为枯萎病热带1号的真菌。| 来源:Jaindra Tripathi/IITA-Kenya


英国一家生物科技初创企业Tropic Biosciences正试图利用CRISPR增强卡文迪许的免疫系统。所有的植物都会产生小的RNA链来控制自身部分基因的活动。最近的研究2表明,某些RNA链有时能抑制病原菌的基因,使入侵者陷入瘫痪。这家生物技术公司正在使用CRISPR编辑卡文迪许的RNA链,使其让TR4中的基因沉默。


目前还不清楚世界各地的监管机构对基因编辑香蕉的态度。2016年,美国农业部决定放开对CRISPR编辑蘑菇的监管,或能反映他们对基因编辑香蕉的立场。哥伦比亚、智利、巴西、日本和以色列政府都发布了官方声明,表示他们可能也会对CRISPR编辑过的作物持宽容态度。然而,欧盟明确表示会像对待其他转基因食品一样严格评估基因编辑作物。


Ortiz很支持研究人员为改良香蕉品种所做的努力,但他警告称,面对不断蔓延的香蕉病害,不能把宝都押在生物技术解决方案上。他说,除了卡文迪许香蕉,还有一千多种其他香蕉品种。虽然它们在产量和发运量方面不能和卡文迪许香蕉比,口味也差一点,但Ortiz认为商业香蕉公司不妨尝试为这些替代品种创造一个市场。


他说:“我们应该利用目前的香蕉多样性开展营销活动,告诉人们可以用其他方式享用香蕉。”


参考文献:

1.Paul, J. Y. et al. Plant Biotechnol. J. 9, 1141–1148 (2011).

2.Huang, C. Y. et al. Cell Host Microbe 26, 173-182 (2019).


原文以CRISPR might be the banana’s only hope against a deadly fungus为标题发表在2019年09月24日的《自然》新闻上 © nature Nature|doi:10.1038/d41586-019-02770-7


原文来自微信公众号:Nature自然科研(Nature-Research),作者: Amy Maxmen

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