CRISPR可能是香蕉对致命真菌的唯一希望

设计下一代香蕉的竞赛正在进行中。哥伦比亚政府上个月证实,一种杀死香蕉的真菌入侵了美洲,而美洲是世界上香蕉供应量很大的来源。入侵使人们有新的紧迫感来进行努力,以创造可以抵御这一祸害的果实。

科学家们正在使用多种方法来保存香蕉。澳大利亚的一个研究小组将野生香蕉中的一个基因插入了顶级商业品种“卡文迪许”中,目前正在田间试验中测试这些改良的香蕉。研究人员还转向功能强大,精确的基因编辑工具CRISPR,以增强卡文迪许对真菌的抵抗力,这种真菌被称为枯萎病热带病4(TR4)。

用常规方法将抗TR4的抗性繁殖到卡文迪许是可能的,因为该品种是无菌的,并通过克隆繁殖。佛罗里达大学霍姆斯特德分校的植物病理学家兰迪·普洛茨(Randy Ploetz)说,因此保存卡文迪许语的唯一方法可能就是调整其基因组。该品种占全球香蕉总销量的99%。

澳大利亚布里斯班昆士兰科技大学的生物技术专家詹姆士·戴尔(James Dale)从7月开始对他的转基因(GM)香蕉进行询问,因为第一个传言说TR4已经到达哥伦比亚。戴尔说:“当哥伦比亚宣布发生国家紧急状态时,现在的利息是通过屋顶获得的。”

一个吸引人的选择

这是商业香蕉品种首次面临灭绝。1900年代上半叶,另一株称为TR1的镰刀菌真菌几乎消灭了当时的顶级香蕉Gros Michel。但是,农民在卡文迪许(Cavendish)有一个后备箱,可以抵抗TR1,其韧性足以承受出口过程中的搬运,并且具有广泛可接受的质地和味道。到1960年代,现在位于佛罗里达州劳德代尔堡的奇基塔(Chiquita)等大型香蕉种植者开始转向卡文迪许(Cavendish)。

毁灭性香蕉木耳到达美洲时发出警报

这次没有简单的选择。瑞典农业科学大学阿尔纳普分校的植物遗传学家Rodomiro Ortiz说,没有天然存在的香蕉具有使卡文迪许如此流行的品质和抗TR4的能力。

真菌是一个坚强的对手。它可以用杀真菌剂杀死,并且可以在土壤中停留长达30年。这可能帮助TR4缓慢地在世界范围内传播,这可能是因为骑乘了受污染的设备或土壤。该菌株在入侵澳大利亚以及中东和非洲国家之前,于1990年代在亚洲开始破坏香蕉作物。现在TR4在美洲,研究人员说,卡文迪许可能在未来几十年内几乎灭绝,除非他们可以对其进行修饰以抵抗真菌。

戴尔团队一直致力于通过从野生香蕉芭蕉尖头马六甲中插入一个基因来改变卡文迪许植物,该基因赋予了对TR4的抗性。在2017年通过一次小型现场试验发表了令人鼓舞的结果后,他在15个月前开始进行较大的研究。戴尔和他的同事们在澳大利亚北部的一半公顷的土地上种植了转基因的卡文迪许(Cavendish)。戴尔说,转基因香蕉的状况很好,而他种植用于比较的普通香蕉中约有三分之一感染了这种真菌。

他计划在2021年研究结束后,向澳大利亚监管机构申请批准转基因卡文迪许香蕉的销售。但是无法预测官员是否会批准,或者批准可能需要多长时间。

即使Dale转基因香蕉获得批准,出售它们也可能是一个问题。转基因作物长期以来一直在世界范围内受到公众的反对,尤其是在欧洲。普洛兹说:“浙人的香蕉似乎对TR4几乎没有免疫力。”“消费者是否会购买这些物品完全是另一个问题。” / p>

用CRISPR去香蕉

为了使转基因香蕉更适合监管者,Dale还使用CRISPR编辑Cavendish基因组,以增强其对TR4的适应性,而不是插入外源基因。具体来说,他试图打开卡文迪许(Cavendish)的一个休眠基因,该基因赋予对TR4的抗性-这与他在尖头分枝杆菌中鉴定的相同基因相同。但是这项工作仍处于初期阶段。戴尔说:“这需要几年的时间才能进入试验阶段。”

其他研究人员正在使用CRISPR以不同方式增强卡文迪许防御能力。肯尼亚内罗毕国际热带农业研究所的分子生物学家莱娜·特里帕蒂(Leena Tripathi)正在使用该基因编辑工具来抑制卡文迪许基因,这些基因似乎使该植物易受TR4侵害。到目前为止,她仅在实验室中编辑卡文迪许组织。下一步将使组织生长为树苗,然后查看植物是否在暴露于TR4后仍能存活。菲律宾的研究人员表示愿意在自己的国家/地区测试Tripathi编辑的Cavendish; TR4存在于此,但肯尼亚却没有。

一家生物技术初创公司,位于英国诺里奇的Tropic Biosciences,正试图使用​​CRISPR来增强卡文迪许的免疫系统。所有植物都产生控制其自身某些基因活性的小链RNA。最近的研究表明,这些RNA链中的某些有时会抑制病原体中的基因,使入侵者瘫痪。这家生物技术公司正在使用CRISPR编辑卡文迪许中的RNA链,从而使TR4中的基因沉默。

但是目前尚不清楚世界各地的监管机构如何迎接基因编辑香蕉。2016年,美国农业部决定不对使用CRISPR编辑基因组的蘑菇进行监管,这表明他们可能会以类似方式处理编辑过的香蕉。哥伦比亚,智利,巴西,日本和以色列政府已经发布了官方声明,表明他们也可能对CRISPR编辑过的作物宽容。但是,欧盟已经表示,它将像其他转基因食品一样严格评估基因编辑作物。

Ortiz支持研究人员的工程工作,但他告诫不要只专注于应对不断蔓延的香蕉祸害的生物技术解决方案。他说,除了卡文迪许以外,还有一千多种其他类型的香蕉。它们的产量不及卡文迪许的产量,也可以运输或品尝相同的味道,但是奥尔蒂斯说,商业香蕉公司可以尝试为这些替代品种建立市场。

他说,“应该利用现有的多样性”,并且开展一项营销活动,说您可以通过其他方式享用香蕉。

自然574,15(2019)

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