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Science子刊:利用RNAi盒培育出不含黄曲霉素的转基因玉米

来源:生物谷 2017-03-13 22:31


图片来自Monica A. Schmidt。

2017年3月13日/生物谷BIOON/---曲霉菌每年让大约1.6千万吨玉米不能够安全食用。然而,问题并不在于这种真菌本身,而在于它的真菌代谢物:黄曲霉素(aflatoxin)。黄曲霉素能够给吃被曲霉菌感染的玉米的动物和人带来负面的健康影响。

如今,在培育不含黄曲霉素的玉米的过程中,来自美国亚利桑那大学和亚利桑那州基因组学研究所的研究人员开发出一种靶向真菌基因aflC 上的三个区域的RNA干扰(RNA interference, RNAi)盒(RNAi cassette, 也译作RNAi序列组件)。基因aflC编码一种产生黄曲霉素所需的酶。当被转染进玉米中时,这种RNAi盒降低被黄曲霉菌感染的玉米粒中的基因aflC表达,从而降低真菌黄曲霉素产生。这种宿主诱导的基因沉默方法的结果发表在2017年3月10日的Science Advances期刊上,论文标题为“Aflatoxin-free transgenic maize using host-induced gene silencing”。

作为美国农业部玉米宿主植物抗性研究小组的一名遗传学家,Marilyn Warburton(未参与这项研究)在一封电子邮件中写道, 尽管几种种植、收集和储存方法和杀真菌剂的使用能够降低真菌感染,但是“对农民而言,培育出抗性转基因农作物(抵抗这种真菌感染和扩散,或者阻止这种真菌产生黄曲霉素)在经济上是最有效的控制方法。” Warburton补充道,面临的挑战是“在容易被黄曲霉素污染的玉米或其他的农作物中,尚未发现单个基因对它们的抗性产生较大的影响。常见的情形是,在很多基因当中,每个基因具有较小的抗性影响”。

论文通信作者、亚利桑那大学植物科学助理教授Monica Schmidt起初是对降低花生中的黄曲霉素感兴趣,但是“就全球而言,最大的挑战是玉米也有这种黄曲霉素污染问题”。为了在玉米的某个感染时刻,抑制黄曲霉素产生,Schmidt和同事们设计出一种靶向基因aflC 中的三个区域的RNAi盒。基因alfC编码的聚酮合酶(polyketide synthase)是在黄曲霉素合成的早期所必需的。他们的想法是通过靶向表达这种酶的真菌转录本中的三个区域,他们可能完全沉默这个长7kb的基因。Schmidt解释道,“我们并不想要靶向一个区域,这是因为如果这样的话,这个基因将会被截断一点点,所编码的酶尽管不能够具有极好的酶活性,但是仍然能够发挥作用。我们想要弄清楚这种转录本是否消失了。”

在美国路易斯安那州立大学研究玉米-黄曲霉菌相互作用的Zhi-Yuan Chen(未参与这项研究)说,靶向一个基因上的三个区域会“增加你取得成功的几率”。

这些研究人员将这种RNAi盒导入到发育中的玉米粒内,让它们繁殖而培育出三种纯合株系。所产生的纯合株系表现出正常的生长和发育,但是在这三种转基因株系中,他们并没有在来自每种株系的表达RNAi盒的玉米粒中检测到任何黄曲霉素。不过,他们的检测方法的检测极限大约为93ppb,这种检测极限是美国食品药物管理局(FDA)认为黄曲霉素在动物饲料中安全使用的20ppb限定值的4倍多。

Chen在引用这种报道的检测极限时,说道,“当你没有检测到黄曲霉素时,这不一定是不含黄曲霉素的。事情并不是如此简单。”

其他的研究团队已试图采取类似的宿主诱导的基因沉默方法,靶向多种不同的曲霉菌基因以便抑制黄曲霉素产生。美国华盛顿州立大学植物病理学教授Scot Howard Hulbert(未参与这项研究)说,“一种优势在于你挑选出你靶向的基因,因此如果它确实是一个必需基因,那么这种效应可能是潜在持久性的。这种RNAi方法看起来它起作用了。”

抑制黄曲霉素产生仅解决与曲霉菌相关联的众多问题之一。它并不让农作物免受能够影响产量的真菌腐烂病,因此研究人员继续努力降低玉米和其他植物遭受的曲霉菌感染。Chen说,“为了真正地控制这个问题,你需要采用多种方法。”他补充道,宿主诱导的基因沉默“确实有潜力成为除生物控制之外的一种非常高效的黄曲霉素控制方法”。

Schmidt说,她的研究团队想要利用这种方法靶向其他的破坏农作物的毒素。(生物谷 Bioon.com)

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原始出处:

Dhiraj Thakare, Jianwei Zhang, Rod A. Wing et al. Aflatoxin-free transgenic maize using host-induced gene silencing. Science Advances, 10 Mar 2017, 3(3):e1602382, doi:10.1126/sciadv.1602382.

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