CRISPR基因編輯技術(shù)可用于改良西紅柿品種

從它們碩大的果實(shí)以及緊密的枝干來看，西紅柿的確是幾千年人為培育的成果。然而，許多單獨(dú)看來很有生產(chǎn)價(jià)值的性狀背后的基因突變結(jié)合在一起反而會(huì)產(chǎn)生不如人意的結(jié)果。
來自冷泉港的遺傳學(xué)家Zachary Lippman與同事們?cè)阼b定出了這些有意思的基因突變之后，希望利用CRISPR基因編輯技術(shù)對(duì)西紅柿進(jìn)行改造，以提高其適應(yīng)環(huán)境的能力以及產(chǎn)量。
"這聽上去很誘人"，來自亞利桑那大學(xué)的植物遺傳學(xué)家Rod Wing說道："這一技術(shù)不僅僅可以用于改造西紅柿，還能夠用于所有作物的改良"。
腐爛的西紅柿
Lippman從小對(duì)西紅柿田地十分熟悉，在青少年時(shí)期，他就經(jīng)常徒手摘西紅柿，但他卻不喜歡這個(gè)農(nóng)活。"腐爛的西紅柿發(fā)出的氣味能夠持續(xù)一整天。因此我總是盼望摘西紅柿那天天會(huì)下雨"。
然而多年以后，他對(duì)于控制植物性狀背后的遺傳學(xué)原理的興趣卻使得自己重新回到了西紅柿田中，試圖尋找播種者們無意中引發(fā)的遺傳變異。
1950年，研究者們?cè)诩永粮晁谷簫u上發(fā)現(xiàn)了一種類似于西紅柿的野生植物，該植物并沒有腫脹的，被稱為"節(jié)"的莖部。
節(jié)是植物的莖中zui脆弱的部分，果實(shí)也因此容易掉落在地上。野生的植物依靠這一手段進(jìn)行種子的傳播，但對(duì)于采摘果實(shí)的農(nóng)民來說可就變成了難題。因此，當(dāng)時(shí)培育者們就將這一植物的性狀整合入了當(dāng)時(shí)的西紅柿品種中，成為了無關(guān)節(jié)的西紅柿。
這一新的性狀隨后帶來了問題：當(dāng)整合進(jìn)入現(xiàn)有的西紅柿品種中后，植物的開花枝長出了很多小的分支，就像一個(gè)掃帚一樣。這些花消耗了植物太多的養(yǎng)分，導(dǎo)致果實(shí)產(chǎn)量的下降。為了解決這一問題，培育者們?cè)噲D尋找其它遺傳變異的植株并用于改變這一缺點(diǎn)。幾十年后，Lippman研究組則成功地發(fā)現(xiàn)了該現(xiàn)象背后的遺傳學(xué)機(jī)制。
1+1<1?
他們此前篩選了4193中不同的西紅柿品種，試圖找到與分支有關(guān)的類型。在這一篩選中，他們找到了兩類基因。這兩種基因合起來導(dǎo)致了分枝的過度形成，其中一個(gè)就負(fù)責(zé)關(guān)節(jié)的退化。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在zui近一期的《Cell》雜志上。
另外一個(gè)基因則是負(fù)責(zé)果實(shí)上方傘蓋狀葉子的形成。該性狀的具體作用目前并不清楚，但研究者們認(rèn)為可能與果實(shí)的增重有關(guān)。
在找到了這些基因之后，研究者們利用CRISPR基因編輯技術(shù)抑制了它們的功能。除了這兩個(gè)基因之外，另外一個(gè)負(fù)責(zé)開花數(shù)量的基因也接受了改造。在眾多的改造的排列組合中，作者發(fā)現(xiàn)其中有一部分品種的產(chǎn)量得到了增加。
這些發(fā)現(xiàn)能夠幫助植物培育者們充分考慮雨中之后可能出現(xiàn)的負(fù)面效應(yīng)，從而更加合理地設(shè)計(jì)育種方案。如今，他們正在與培育者們合作利用基因編輯技術(shù)改良西紅柿的分支、花的數(shù)量以及果實(shí)的大小。"我們十分希望能夠?qū)⒒A(chǔ)科學(xué)知識(shí)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)"。Lippman博士說道。