敲除病蟲害基因 讓棉花高產(chǎn)又“綠色”

看起來深奧的基因，對研究人員們來說，則是一序列具體可觀、實在可操作的明確標的。

近日，華中農(nóng)業(yè)大學作物遺傳改良國家重點實驗室棉花團隊傳來喜訊，該團隊在棉花基因編輯系統(tǒng)研究方面取得系列突破，通過實施精準打靶，他們的新系統(tǒng)能成功敲除棉花基因中的“奸細”，為高品質(zhì)棉花生產(chǎn)保駕護航。

4套棉花基因編輯系統(tǒng)走向全球

“在棉花基因編輯領域，我們處于國際領先地位。”團隊教授金雙俠說，目前團隊已研發(fā)出4套棉花基因編輯系統(tǒng)，在全球廣泛應用。

早在2013年，團隊嘗試將水稻、擬南芥的CRISPR編輯體系引入棉花，沒有獲得成功。后經(jīng)不斷嘗試，團隊根據(jù)棉花的生物學特性，把調(diào)控元件改為棉花自身元件，第一套棉花基因編輯系統(tǒng)于2017年創(chuàng)建，編輯效率達85%。

科研攻關持續(xù)進行，棉花基因編輯系統(tǒng)第二套、第三套和第四套相繼成功。脫靶效應測試證明，團隊創(chuàng)建的基因編輯系統(tǒng)精準度高、脫靶率極低。“打靶精準是基因編輯成功與否的關鍵。”金雙俠稱。

國際知名學術期刊《植物科學趨勢》今年還邀約金雙俠團隊撰寫研究成果綜述并在線發(fā)表。近期，該團隊在棉花中首次建立高效CPF1和單堿基編輯系統(tǒng)，進一步充實了棉花基因編輯工具庫。

農(nóng)作物里存在病蟲害誘導基因

基因編輯技術以生物體內(nèi)特定基因為干涉目標，或阻礙其產(chǎn)生不良特征，或對其修改使之朝積極方向變化。

“可以媲美甚至超越克隆技術。”金雙俠如是說，基因編輯技術可在基因組水平上對DNA序列進行定點改造，與以往物理和化學誘變相比，更精準、更便捷，可以做到“指哪打哪”，對人類醫(yī)療、遺傳疾病治療和改良動植物農(nóng)藝性狀及生命科學眾多基礎研究意義重大。

金雙俠說，水稻、棉花、小麥等作物病蟲害的發(fā)生，正是作物基因和病毒“里應外合”導致。作物基因里存在病蟲害誘導基因，平時處在沉默狀態(tài)，一旦病毒來襲，這些“奸細”就活躍起來，造成作物病害，現(xiàn)在通常采取外界藥物噴灑或生物抵抗方式防治。

若應用基因編輯技術，就能準確找到基因中的“奸細”并精準出擊，將“奸細”基因敲除，作物自然不會染病。

利用豐富遺傳材料培育“綠色”棉花

蘋果切開后容易變色，難看、不好吃。蘋果不能左右科技，但科技可以改變蘋果。

當前，國外農(nóng)業(yè)公司已研制出非褐變蘋果品種，并在美國上市銷售。這種蘋果通過基因編輯技術，將其導致褐變的基因敲除，切開后在空氣中就不會再被氧化變色。

這只是基因編輯技術在作物育種上的一次小試牛刀。基因編輯應用場景數(shù)不勝數(shù)。金雙俠介紹，除了不變色的蘋果，該技術還可更快、更高效地培育新品種，大大增加作物產(chǎn)量，提升農(nóng)作物抗旱、抗病蟲害能力，增加營養(yǎng)價值。

目前，金雙俠團隊用基因編輯技術，研發(fā)出棉花除草劑抗性材料，實現(xiàn)對除草劑的抗性，已在小范圍實驗中取得成功。同時，該團隊利用高通量基因編輯技術對數(shù)以千計棉花基因進行飽和突變，以期創(chuàng)造出豐富的遺傳材料，培育更多抗病蟲、產(chǎn)量高、品質(zhì)好的“綠色”棉花。

金雙俠認為，雖然基因編輯技術源頭在國外，但國內(nèi)一大批科研工作者正在水稻、玉米、小麥、油菜等重要作物中開發(fā)原創(chuàng)性基因編輯系統(tǒng)，搶占農(nóng)作物基因編輯制高點。