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“基因驱动”能除小麦赤霉病?

来源:中国科学报 2020-05-03 09:56

 

镰刀菌是每个麦农的心腹大患,它能引起小麦赤霉病、大量毁坏庄稼,并产生一种对人畜有害的毒素污染谷物。

近日,澳大利亚研究人员提出了一种新策略以对抗小麦赤霉病病原。在实验室中,他们使用了一种名为“基因驱动”的基因组改变技术去除这种真菌基因。这是研究人员首次使用基因驱动来控制植物中的病原体。相关论文发表在预印本网站bioRxiv。

美国堪萨斯州立大学真菌病理学家John Leslie表示,这一方法从未在实验室以外的地方使用过,用该方法消灭蚊子和其他害虫的计划也一直备受争议。

澳大利亚联邦科学和工业研究组织的分子生物学家Donald Gardiner和同事决定,看看是否可以通过基因驱动来降低镰刀菌的致病效力。这个过程包括将DNA导入一个生物体,使其基因的一个版本,而不是另一个版本传递给下一代。最终,这些理想基因型将留在该种群。

Gardiner和同事认为,小麦赤霉病的基因驱动值得探索。他们的目标是去除使病菌具有高度传染性、使受感染的谷物有毒、让真菌在DNA方面保持完整的三个镰刀菌基因。

他们发现,CRISPR未能有效地传递这些基因的无害版本。但另一种真菌中的基因——Gardiner称之为自然基因驱动——被证明能够完成这项任务,它比CRISPR更高效,也更容易处理。

Gardiner团队将该基因与三种靶基因的无害版本联系起来。一旦进入镰刀菌,“基因驱动”基因会使任何有性繁殖的孢子死亡,这些孢子最终与原始版本的靶基因结合在一起。因此,无害版本被优先传递到下一代。研究小组报告说,这些后代引起小麦赤霉病的可能性不大,但在其他方面与典型的镰刀菌没有区别。

Gardiner团队报告称,仅仅三代,这三种毒性基因就完全消失了。“我们认为这项技术应该适用于其他许多重要经济作物的病原体。”Gardiner说。

其他人则对此持怀疑态度。“这是一个新想法,但不实用。”中国科学院植物生物学家高彩霞说。她认为,任何失去毒性基因的镰刀菌都不可能在野外生存,也不可能与未改变的真菌或其他镰刀菌进行物种竞争。

Leslie强调,许多真菌,包括某些类型的镰刀菌,很少或从不进行有性繁殖。这是基因驱动控制机制发挥作用的先决条件。此外,“开展现场测试将非常重要,不过可能很难设计”。Leslie认为,研究小组必须证明基因驱动在自然条件下能有效减少小麦赤霉病。同时还要确保这种经过改造的真菌不会泄露到野外。即使这些问题可以解决,让监管部门批准释放一种基因工程植物病原真菌也很困难。

然而,“这个概念值得探索,即使失败了,我们也能学到关于如何管理真菌种群的知识。”Leslie说。(生物谷Bioon.com)

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