基因编辑有望改善'巧克力树'

根据宾夕法尼亚州立大学植物科学家的说法，使用强大的基因编辑工具CRISPR-Cas9可以帮助培育可可树，这些可可树具有增强的抗病能力等特性。

生长在热带地区的可可树生产可可豆，巧克力是巧克力的原料。可可植物的可靠生产力对于价值数十亿美元的巧克力产业，生产国的经济以及数百万小农可可农民的生计至关重要。

但是，每年有几种植物病害严重限制了全球产量，20-30%的可可豆荚被采前销毁，着名作家安德鲁·菲斯特(Andrew Fister)说，他是宾夕法尼亚州农业科学学院植物科学的博士后学者。

“在西非，严重的真菌病爆发可以摧毁一个农场的所有可可果实，”菲斯特说。“由于疾病是可可的一个长期存在的问题，提高抗病性一直是研究人员的首要任务。但由于需要遗传抗性来源和可可树的长代时间，抗病品种的发展已经放缓。”

研究人员最近在植物科学前沿研究报告，研究结果被认为是第一个证明使用尖端CRISPR技术改善可可树的可行性的研究结果。

CRISPR代表聚集的规则间隔短回文重复序列。这是一种通过精确地将DNA切割酶Cas9传递到DNA靶区域来修饰生物体基因组的方法。由此产生的变化可以删除或替换特定的DNA片段，从而促进或禁用某些特征。

以前在可可中的工作确定了一种基因，称为TcNPR3，可以抑制植物的疾病反应。研究人员假设使用CRISPR-Cas9敲除这种基因会导致疾病抵抗力增强。

为了验证他们的假设，他们使用农杆菌 - 一种经过修饰的植物病原体去除其引起疾病的能力 - 将CRISPR-Cas9组分引入分离的可可叶中。随后对处理组织的分析发现27%的TcNPR3拷贝缺失。

当感染热带假单胞菌(一种天然存在的可可和其他植物病原体)时，处理过的叶子对该疾病表现出更大的抵抗力。结果表明，只有一小部分靶基因拷贝的突变可能足以触发下游过程，导致植物的全身抗病性。

研究人员还创建了CRISPR基因编辑的可可胚胎，它们将成长为成熟的树木，以测试这种方法在整个植物水平上的有效性。

根据资深作者，植物分子生物学教授兼宾夕法尼亚大学捐赠的可可研究项目负责人Mark Guiltinan的说法，这项研究建立在30多年的生物技术研究基础之上，旨在建造更好的可可树。

“我们的实验室开发了几种改进可可的工具，而CRISPR只是另一种工具，”他说。“但与常规育种和其他技术相比，CRISPR加速了这一过程并且更加精确。它可以非常有效地靶向您想要的DNA，到目前为止，我们还没有检测到任何脱靶效应。”

研究人员表示，除了提供加速育种的新工具外，CRISPR-Cas9技术还可以通过提供一种有效评估基因功能的方法，帮助提供对基础生物学的深入了解。

“通过CRISPR，我们可以快速'打破'基因，看看植物会发生什么，”Guiltinan解释说。“我们有一个基因列表，我们想要测试它们。”

Fister补充说，可能有数千个基因参与抗病性。

“我们想尽可能多地评估，”他说。

宾夕法尼亚州可可研究的最终目标是帮助提高小农种植者的生活水平，并通过开发能抵御疾病，气候变化和其他挑战的植物来稳定受威胁的可可供应，共同作者，资深科学家Siela Maximova和园艺学教授。

“过去20年中任何产量增加的主要原因是投入更多的土地，”可可研究计划共同指导的马克西莫娃说。“但土地，水，肥料和其他投入是有限的。为了提高可持续性，我们需要更有活力和抗病的植物，并生产更多更优质的豆类。

“这项研究提供了'概念证明'，即CRISPR-Cas9技术可以成为实现这些目标的有效工具，”她说。

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