糖网 甘蔗种植制糖技术专题 科学家首次利用CRISPR基因编辑工具创造了新的甘蔗品种

科学家首次利用CRISPR基因编辑工具创造了新的甘蔗品种

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甘蔗是一种重要的作物,是全球80%的糖和26%的生物乙醇的来源。但它对环境的影响很大,意味着有很多改进的余地。不幸的是,培育新品种既麻烦又费时,但现在研究人员利用CRISPR基因编辑技术,可以更快、更容易地实现这一目标。

显然,甘蔗是制造蔗糖的主要原料,但这并不是它的唯一产品–叶子和茎中的油常常被用来制造生物乙醇,用于生产更环保的燃料和塑料。但这些并不便宜–甘蔗在许多国家占据了很大比例的农田,这助长了森林砍伐。它还需要大量的水来种植,并在加工过程中产生大量的废物和污染。

其中一些问题可以通过植物的新品种来解决,但由于甘蔗的基因组很复杂,杂交的难度令人沮丧。它需要大量的反反复复工作,从不需要的性状中筛选出理想的性状,因此新的品种可能需要数年时间来培育。

这就是CRISPR的作用。这种强大的基因编辑工具使科学家能够关闭基因或将其切掉,并以更有用的基因来取代它们。它可以用于治疗一系列疾病,也可以用于改善农作物–现在研究人员已经使用CRISPR开发了几个甘蔗新品种。

尽管CRISPR编辑已经变得很普遍,但这标志着该技术首次被成功用于甘蔗。这是因为这一复杂的基因组再次带来了障碍,它有几条染色体和许多冗余的基因拷贝。为了进行有用的编辑,科学家需要针对涉及某一特定性状的多个区域进行编辑。

在新研究中,该团队专注于几个能对植物的外观产生明显变化的基因,因此很容易看到它的作用。在第一项研究中,研究小组关闭了一个产生镁螯合酶的基因的几个副本。这种酶帮助植物产生叶绿素,因此被编辑的植物的叶子变成浅绿色或黄色。绿色的植物似乎需要更少的氮肥来生长,同时仍然产生相同数量的生物量。

第二项研究表明,用更好的版本替换个别核苷酸,可以使甘蔗对除草剂有更好的抵抗力。通常情况下,这些化学品可以抑制植物中的某些基因,但编辑使它们更有弹性,这样需要的除草剂就会减少。

这两项突破可以为培育有用的甘蔗新品种开辟一条更有效的途径,以解决众多环境问题。

这两项研究的首席研究员Fredy Altpeter说:“现在我们有了非常有效的工具,可以将甘蔗改造成具有更高生产力或改善可持续性的作物。这很重要,因为甘蔗是为新兴生物经济提供燃料的理想作物。”

这两项研究都发表在《基因组编辑前沿》(Frontiers in Genome Editing)杂志上。

 

 

 

 

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