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由日本東京大學(xué)編輯，植物線(xiàn)粒體DNA實(shí)現(xiàn)編輯

閱讀：539        發(fā)布時(shí)間：2019-10-31

核DNA在20世紀(jì)70年代初編輯，葉綠體DNA于1988年編輯，動(dòng)物線(xiàn)粒體DNA于2008年編輯。然而，植物線(xiàn)粒體DNA之前卻沒(méi)有被成功編輯過(guò)。直到近日，日本的研究人員成功編輯了植物線(xiàn)粒體DNA，這可能會(huì)帶來(lái)更安全的食物供應(yīng)。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的東京大學(xué)分子植物遺傳學(xué)家、助理教授Shin-ichi Arimura開(kāi)玩笑地說(shuō)：“當(dāng)看到水稻植株‘更有禮貌’時(shí)，我們知道自己取得了成功。因?yàn)樗钌畹鼐狭艘还?，穗多的水稻才?huì)出現(xiàn)這樣的彎曲。”

 

植物線(xiàn)粒體DNA實(shí)現(xiàn)編輯 由日本東京大學(xué)編輯

 

研究人員希望利用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)解決目前作物中線(xiàn)粒體遺傳多樣性缺乏的問(wèn)題，這是食物供應(yīng)中潛在的破壞性弱點(diǎn)。他們還利用該技術(shù)創(chuàng)造了4個(gè)水稻新品種和3個(gè)油菜新品種。相關(guān)成果發(fā)表于《自然—通訊》。

 

植物線(xiàn)粒體基因組意味著什么？

 

1970年，一種真菌感染了美國(guó)得克薩斯州農(nóng)場(chǎng)的玉米，之后又因玉米線(xiàn)粒體的一個(gè)基因而導(dǎo)致感染加劇。農(nóng)場(chǎng)上所有玉米都有相同的基因，因此沒(méi)有一個(gè)對(duì)這次感染有抵抗力。那一年，整個(gè)美國(guó)15%的玉米絕收。從那以后，美國(guó)再也沒(méi)有種植具有該特定線(xiàn)粒體基因的玉米。

 

“我們現(xiàn)在仍然面臨很大的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槭澜缟峡衫玫闹参锞€(xiàn)粒體基因組太少了。我想通過(guò)我們的技術(shù)操縱植物線(xiàn)粒體DNA來(lái)增加作物的多樣性。”Arimura表示。

植物通過(guò)葉綠體中的光合作用產(chǎn)生大部分能量。然而，根據(jù)Arimura的說(shuō)法，“葉綠體的作用被高估了”。植物通過(guò)和動(dòng)物細(xì)胞一樣的“細(xì)胞發(fā)電站”獲得能量，也就是線(xiàn)粒體。在他看來(lái)，“沒(méi)有植物線(xiàn)粒體就沒(méi)有生命”。

 

“植物線(xiàn)粒體基因組比較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，基因有時(shí)是重復(fù)的，基因表達(dá)機(jī)制尚不清楚，有些線(xiàn)粒體*沒(méi)有基因組。在之前的研究中，我們觀(guān)察到它們與其他線(xiàn)粒體融合以交換蛋白質(zhì)產(chǎn)物，然后再次分離。”Arimura說(shuō)。

現(xiàn)在，大多數(shù)農(nóng)民都不會(huì)從收獲的作物中留種。農(nóng)業(yè)公司供應(yīng)的雜交作物是兩個(gè)遺傳上不同的親本亞種的si一代后代，通常更強(qiáng)壯、更有生產(chǎn)力。其中一個(gè)父本不能制造花粉。研究人員將常見(jiàn)類(lèi)型的植物雄性不育稱(chēng)為細(xì)胞質(zhì)雄性不育（CMS）。

 

CMS是一種罕見(jiàn)但天然存在的現(xiàn)象，主要由線(xiàn)粒體引起。甜菜、胡蘿卜、玉米、黑麥、高粱等都可以利用CMS的親本亞種進(jìn)行商業(yè)化種植。

北京恒瑞鑫達(dá)科技有限公司，成立于2009年8月，成立至今已經(jīng)和國(guó)內(nèi)多家教育機(jī)構(gòu)，全國(guó)各地多家企業(yè)有過(guò)長(zhǎng)期的合作關(guān)系，專(zhuān)注于新型材料試驗(yàn)機(jī)的研究，長(zhǎng)期聘請(qǐng)清華大學(xué)精密儀器系的專(zhuān)家為技術(shù)顧問(wèn)，并成立新型材料檢測(cè)儀器研發(fā)中心。
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研究團(tuán)隊(duì)采用了一種稱(chēng)為mitoTALENs的技術(shù)，使用單一蛋白質(zhì)定位線(xiàn)粒體基因組，將DNA切割成所需基因，并將其刪除。Arimura 表示，“雖然刪除大多數(shù)基因會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，但刪除CMS基因會(huì)解決植物存在的問(wèn)題。如果沒(méi)有CMS基因，植物就會(huì)再次繁殖。”

 

他們創(chuàng)造出了4個(gè)水稻新品種和3個(gè)油菜新品種，證明了mitoTALENs技術(shù)甚至可以成功操縱復(fù)雜的植物線(xiàn)粒體基因組。

 

Arimura說(shuō)：“這是植物線(xiàn)粒體研究重要的di一步。”研究人員將更詳細(xì)地研究負(fù)責(zé)植物雄性不育的線(xiàn)粒體基因，并確定可能增加急需多樣性的潛在突變。

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