小麥和玉米等作物經(jīng)歷了數(shù)千年的繁殖過(guò)程，在此過(guò)程中人類逐漸將野生植物的特性改造為高度栽培的變種。一個(gè)動(dòng)機(jī)是收益率更高。這種育種的副作用是遺傳多樣性的減少和有用性質(zhì)的喪失?，F(xiàn)代品種對(duì)疾病的易感性增加，風(fēng)味缺乏或維生素和營(yíng)養(yǎng)素含量降低，這表明了這一點(diǎn)。現(xiàn)在，來(lái)自巴西，美國(guó)和德國(guó)的研究人員首次使用CRISPR-Cas9(一種現(xiàn)代基因組編輯過(guò)程)在一代中從野生植物中創(chuàng)造了一種新作物。從野生番茄開始，它們引入了多種作物特征而不會(huì)喪失野生植物的有價(jià)值的遺傳特性。自然生物技術(shù)。

“這種新方法使我們能夠從頭開始并重新開始新的馴化過(guò)程，”德國(guó)明斯特大學(xué)的生物學(xué)家JörgKudla教授說(shuō)，他的團(tuán)隊(duì)參與了這項(xiàng)研究。“通過(guò)這樣做，我們可以利用研究人員近幾十年積累的植物遺傳學(xué)和植物馴化的所有知識(shí)。我們可以保留野生植物的遺傳潛力和特別有價(jià)值的特性，同時(shí)產(chǎn)生所需的特征。現(xiàn)代作物在很短的時(shí)間內(nèi)完成。“總而言之，研究人員花了大約三年時(shí)間研究他們的學(xué)習(xí)。

作為親本植物物種，研究人員選擇了來(lái)自南美洲的野生番茄Solanum pimpinellifolium，以及現(xiàn)代栽培番茄的祖先。野生植物的果實(shí)只有豌豆的大小，產(chǎn)量低 - 兩種特性使其不適合作為作物。另一方面，水果比現(xiàn)代西紅柿更芳香，現(xiàn)代西紅柿由于繁殖而失去了一些味道。此外，野生水果含有更多的番茄紅素。這種所謂的自由基清除劑被認(rèn)為是一種有價(jià)值的抗氧化劑。

研究人員通過(guò)使用多重CRISPR-Cas9修飾野生植物，使后代植物在六個(gè)基因中進(jìn)行小的遺傳修飾。這些決定性基因被認(rèn)為是馴養(yǎng)番茄特征的遺傳關(guān)鍵。具體而言，研究人員對(duì)野生番茄基因組進(jìn)行了以下修改：改良果實(shí)比野生番茄大三倍，相當(dāng)于櫻桃番茄的大小。植物產(chǎn)量是果實(shí)數(shù)量的10倍，它們的形狀比圓形野果更加橢圓形。這個(gè)屬性很受歡迎，因?yàn)楫?dāng)下雨時(shí)，圓形水果比橢圓形水果更快地分開。植物也具有更緊湊的生長(zhǎng)。

另一個(gè)重要的新特性是新品種番茄中的番茄紅素含量是野生親本的兩倍以上 - 并且不低于傳統(tǒng)櫻桃番茄中的番茄紅素含量的五倍。“這是一項(xiàng)決定性的創(chuàng)新，目前種植西紅柿的傳統(tǒng)育種工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)，”JörgKudla說(shuō)。“番茄紅素可以幫助預(yù)防癌癥和心血管疾病。因此，從健康的角度來(lái)看，與傳統(tǒng)的栽培西紅柿和其他蔬菜相比，我們創(chuàng)造的西紅柿可能具有額外的價(jià)值，其中只含有非常有限量的番茄紅素。”到目前為止，他補(bǔ)充說(shuō)，育種者徒勞地試圖增加栽培番茄中的番茄紅素含量。然而，在他們成功的情況下，

JörgKudla總結(jié)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的兩難困境：“我們的現(xiàn)代作物是繁殖的結(jié)果 - 具有各種優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。許多屬性，如彈性，已經(jīng)失去了，我們只能通過(guò)它們重新獲得它們一個(gè)艱苦的，長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的與野生植物回交的過(guò)程 - 如果有的話。原因是許多基因之間相互作用的結(jié)果不能通過(guò)傳統(tǒng)的育種過(guò)程恢復(fù)。在許多方面，馴化就像一個(gè)在現(xiàn)代基因組編輯的幫助下，我們可以利用野生植物的優(yōu)勢(shì)來(lái)解決這一繁殖問(wèn)題。簡(jiǎn)而言之，分子“從頭馴化”提供了巨大的潛力 - 也可以產(chǎn)生新的，理想的特性。“

此外，Kudla教授補(bǔ)充說(shuō)，現(xiàn)在有可能采取迄今尚未被人類使用的健康植物，并通過(guò)有針對(duì)性地增加其果實(shí)大小或改善其他馴化特征，將其轉(zhuǎn)化為全新的作物。

研究人員使用CRISPR-Cas9方法通過(guò)所謂的功能喪失突變來(lái)靶向和滅活茄屬植物中的基因。從如此遺傳修飾的植物中，他們選擇合適的成熟親本植物。研究人員檢查了這些親本植物的后代的外部可見特征并分析了它們的特性。