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运用基因编辑技术,我们的食物能有哪些变化?(2)

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传统防止病虫害的方法是使用杀虫剂和抗生素,但滥用让植物的病虫害愈演愈烈。单一种作物使用同种抗虫剂或抗生素久了,会让病虫害体内产生耐受基因,最后导致无药可用。同时种植种子的单一化也容易带来植物间的“传染病”,如《星际穿越》中描述的枯萎病一样,当一种病虫害完全免疫了现有的所有抗生素或杀虫剂,甚至可能毁掉一个国家的农业。CRISPR技术能让植物本身带上抗性基因而不是通过外用抗生素或杀虫剂达到效果。康奈尔大学的Adam Bogdanove和其合作者JanLeach在研究如何激发水稻本身的免疫系统,让其能抵抗细菌性条纹和枯萎病在内的多种疾病;新泽西州立大学的研究人员通过CRISPR研发出能自身抵抗霜霉病的酿酒葡萄;中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员高彩霞将抵抗白粉病的基因引入了小麦中。

微生物通常和植物有着共生关系,如根瘤菌常常和豆类植物相互依赖、共同生存,因为根瘤菌有极强的固氮作用,能将空气中的氮气转化为植物生长所需要的原料。华中农业大学端木德强教授课题组通过CRISPR修改一种豆科植物百脉根的共生固氮作用的相关基因,以研究其机理并改进这种共生关系,进而实现对植物成长的调控,促进植物生长。

对植物/作物品种的优化

CRISPR也能让一些观赏植物变得更加丰富多彩。牵牛花颜色由一个色素催化相关基因(DFR-B)控制,相当于对应基因教科书中的一行,把它删掉后,牵牛花花瓣就从高贵的紫色变成了纯洁的白色。而通过进一步的基因修饰,可通过精确控制色素酶表达量的多少,来决定牵牛花的颜色,或者通过基因改造来达到不同的颜色,这是多么神奇。而另外一些植物的颜色变化是由于氧化作用,把A颜色分子加上一个氧原子,就变成了B颜色分子。比如常见的蘑菇,通过对多酚氧化酶(PPO)来控制颜色的深浅,如果调控这些酶的表达,蘑菇就会显示一个深度的颜色,或者保持白色。

今天我们吃到的植物,无不是人类长期培育得到的。CRISPR技术的诞生,不仅仅可以加速人类去探索更多未知的植物基因功能,更好地注释这本基因教科书,也能让我们在理解基因功能的基础上,去使用它。

相对于医学和动物而言,植物CRISPR的脱靶问题显得不那么严重。最近,美国食品药品监督管理局(FDA)发布了新规,撤销了对CRISPR作物的严格管控,将CRISPR立为支持发展的项目,鼓励CRISPR植物的种植试验。

未来CRISPR可被用作一种开发更有价值作物的工具,通过对农作物基因进行直接改造,在安全性受保障的前提下,使得农作物质量得到更大的提升。这样的作物在不久的将来,就能飞入寻常百姓家,来到我们的餐上,而不是仅仅活跃于实验台上。

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