根據(jù)賓夕法尼亞州立大學(xué)植物科學(xué)家的說(shuō)法，使用強(qiáng)大的基因編輯工具CRISPR-Cas9可以幫助培育可可樹(shù)，這些可可樹(shù)具有增強(qiáng)的抗病能力等特性。

生長(zhǎng)在熱帶地區(qū)的可可樹(shù)生產(chǎn)可可豆，巧克力是巧克力的原料?？煽芍参锏目煽可a(chǎn)力對(duì)于價(jià)值數(shù)十億美元的巧克力產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)國(guó)的經(jīng)濟(jì)以及數(shù)百萬(wàn)小農(nóng)可可農(nóng)民的生計(jì)至關(guān)重要。

但是，每年有幾種植物病害嚴(yán)重限制了全球產(chǎn)量，20-30%的可可豆莢被采前銷毀，著名作家安德魯·菲斯特(Andrew Fister)說(shuō)，他是賓夕法尼亞州農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院植物科學(xué)的博士后學(xué)者。

“在西非，嚴(yán)重的真菌病爆發(fā)可以摧毀一個(gè)農(nóng)場(chǎng)的所有可可果實(shí)，”菲斯特說(shuō)。“由于疾病是可可的一個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，提高抗病性一直是研究人員的首要任務(wù)。但由于需要遺傳抗性來(lái)源和可可樹(shù)的長(zhǎng)代時(shí)間，抗病品種的發(fā)展已經(jīng)放緩。”

研究人員最近在植物科學(xué)前沿研究報(bào)告，研究結(jié)果被認(rèn)為是第一個(gè)證明使用尖端CRISPR技術(shù)改善可可樹(shù)的可行性的研究結(jié)果。

CRISPR代表聚集的規(guī)則間隔短回文重復(fù)序列。這是一種通過(guò)精確地將DNA切割酶Cas9傳遞到DNA靶區(qū)域來(lái)修飾生物體基因組的方法。由此產(chǎn)生的變化可以刪除或替換特定的DNA片段，從而促進(jìn)或禁用某些特征。

以前在可可中的工作確定了一種基因，稱為TcNPR3，可以抑制植物的疾病反應(yīng)。研究人員假設(shè)使用CRISPR-Cas9敲除這種基因會(huì)導(dǎo)致疾病抵抗力增強(qiáng)。

為了驗(yàn)證他們的假設(shè)，他們使用農(nóng)桿菌 - 一種經(jīng)過(guò)修飾的植物病原體去除其引起疾病的能力 - 將CRISPR-Cas9組分引入分離的可可葉中。隨后對(duì)處理組織的分析發(fā)現(xiàn)27%的TcNPR3拷貝缺失。

當(dāng)感染熱帶假單胞菌(一種天然存在的可可和其他植物病原體)時(shí)，處理過(guò)的葉子對(duì)該疾病表現(xiàn)出更大的抵抗力。結(jié)果表明，只有一小部分靶基因拷貝的突變可能足以觸發(fā)下游過(guò)程，導(dǎo)致植物的全身抗病性。

研究人員還創(chuàng)建了CRISPR基因編輯的可可胚胎，它們將成長(zhǎng)為成熟的樹(shù)木，以測(cè)試這種方法在整個(gè)植物水平上的有效性。

根據(jù)資深作者，植物分子生物學(xué)教授兼賓夕法尼亞大學(xué)捐贈(zèng)的可可研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Mark Guiltinan的說(shuō)法，這項(xiàng)研究建立在30多年的生物技術(shù)研究基礎(chǔ)之上，旨在建造更好的可可樹(shù)。

“我們的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了幾種改進(jìn)可可的工具，而CRISPR只是另一種工具，”他說(shuō)。“但與常規(guī)育種和其他技術(shù)相比，CRISPR加速了這一過(guò)程并且更加精確。它可以非常有效地靶向您想要的DNA，到目前為止，我們還沒(méi)有檢測(cè)到任何脫靶效應(yīng)。”

研究人員表示，除了提供加速育種的新工具外，CRISPR-Cas9技術(shù)還可以通過(guò)提供一種有效評(píng)估基因功能的方法，幫助提供對(duì)基礎(chǔ)生物學(xué)的深入了解。

“通過(guò)CRISPR，我們可以快速'打破'基因，看看植物會(huì)發(fā)生什么，”Guiltinan解釋說(shuō)。“我們有一個(gè)基因列表，我們想要測(cè)試它們。”

Fister補(bǔ)充說(shuō)，可能有數(shù)千個(gè)基因參與抗病性。

“我們想盡可能多地評(píng)估，”他說(shuō)。

賓夕法尼亞州可可研究的最終目標(biāo)是幫助提高小農(nóng)種植者的生活水平，并通過(guò)開(kāi)發(fā)能抵御疾病，氣候變化和其他挑戰(zhàn)的植物來(lái)穩(wěn)定受威脅的可可供應(yīng)，共同作者，資深科學(xué)家Siela Maximova和園藝學(xué)教授。

“過(guò)去20年中任何產(chǎn)量增加的主要原因是投入更多的土地，”可可研究計(jì)劃共同指導(dǎo)的馬克西莫娃說(shuō)。“但土地，水，肥料和其他投入是有限的。為了提高可持續(xù)性，我們需要更有活力和抗病的植物，并生產(chǎn)更多更優(yōu)質(zhì)的豆類。

“這項(xiàng)研究提供了'概念證明'，即CRISPR-Cas9技術(shù)可以成為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的有效工具，”她說(shuō)。