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Nat Biotechnol:利用CRISPR-Cas9基因组编辑技术从头培育出新的作物品种

来源:本站原创 2018-10-04 09:09

2018年10月4日/生物谷BIOON/---小麦和玉米等作物经历了数千年的育种过程,在此过程中人类逐渐将野生植物改造为高度栽培的变种。一个动机是更高的产量。这种育种的副作用是遗传多样性的减少和有用性质的丧失。这表现在现代的作物品种对疾病的敏感性增加,缺乏风味,或者维生素和营养成分下降。

如今,在一项新的研究中,来自巴西、美国和德国的研究人员首次使用CRISPR-Cas9(一种现代的基因组编辑过程)在一代中就利用野生植物中培育出新的作物。从野生番茄开始,他们引入了多种作物的性状,同时又不会丧失这种野生植物的宝贵遗传特性。相关研究结果于2018年10月1日在线发表在Nature Biotechnology期刊上,论文标题为“De novo domestication of wild tomato using genome editing”。
图片来自Nature Biotechnology, doi:10.1038/nbt.4272。

作为亲本植物物种,这些研究人员选择了醋栗番茄(Solanum pimpinellifolium),它是来自南美洲的野生番茄,也是现代栽培番茄的祖先。这种野生植物的果实只有豌豆的大小,产量低---这两种特性使它不适合作为作物。另一方面,它的果实比现代的西红柿更芳香,这是因为现代的西红柿由于育种而失去了一些味道。此外,这种野生果实含有更多的番茄红素(lycopene)。这种所谓的自由基清除剂被认为是一种有价值的抗氧化剂。

这些研究人员通过使用多重CRISPR-Cas9修饰这种野生植物,从而使得后代植物的6个基因发生较小的遗传修饰。这些决定性基因被认为是这种现代的驯化番茄特征的遗传关键。具体而言,他们对这种野生番茄的基因组进行了以下修饰而培育出新的品种:这种新品种的果实比这种野生番茄大三倍,这相当于樱桃番茄的大小。这种新品种的果实产量增加了10倍,而且它们的形状是椭圆形的,相比之下,这种野生番茄的果实是圆形的。这种属性很受欢迎,这是因为当下雨时,圆形果实比椭圆形果实更快地分开。这种经过基因修饰的野生番茄也具有更紧凑的生长。

另一个重要的新特性是这种新品种番茄中的番茄红素含量是野生亲本的两倍以上---并且是传统的樱桃番茄中的番茄红素含量的五倍以上。这是一项决定性的创新,针对当前的栽培西红柿的传统育种工艺都无法实现这一点。番茄红素能够有助于预防癌症和心血管疾病。因此,从健康的角度来看,与仅含有非常有限数量的番茄红素的传统栽培番茄和其他蔬菜相比,这种新的番茄品种可能具有额外的价值。到目前为止,育种者已尝试过增加栽培番茄中的番茄红素含量,但都失败了。然而,即便成功地实现这一点,这也是以牺牲β-胡萝卜素含量为代价的。β-胡萝卜素起着保护细胞的作用,因而是有价值的营养物质。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Agustin Zsögön, Tomáš Čermák, Emmanuel Rezende Naves et al. De novo domestication of wild tomato using genome editing. Nature Biotechnology, Published Online: 01 October 2018, doi:10.1038/nbt.4272.

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