在超市的产品部分购物就像漫步在人类最伟大的发明博物馆。完美的金黄甜玉米穗; 不同大小，形状和颜色的西红柿; 和辛辣的墨西哥辣椒都是人类聪明才智的证明。你可能不认为食物是一种发明，但我们吃的几乎所有食物都是数千年不断繁殖和选择的产物。

在遥远的过去，当我们的祖先从狩猎采集者转变为农业生活方式时，他们开始通过培育他们认为理想的特征来种植植物 - 更大，更美味的水果和更紧凑的生长。驯化作物的野生祖先与我们今天吃的食物有很大的不同：它们有较小的，有时不可食用的水果; 植物生长在一个庞大的增长模式; 他们将种子撒在地上或将果实倒在地上，以确保其物种的生存。说穿了，你不会想要这些野生植物在你的花园或餐盘上。

驯化过程导致作物人们今天成长和食用，但这是一个耗费时间和劳动力的过程。我们的实验室由Joyce Van Eck领导，希望利用现代基因编辑技术加速驯化地面作物的种植，这是一种半驯化的孤儿作物。孤儿作物在大规模农业生产中生长不良，因为它们具有许多不良特征，例如蔓延生长和果实落下。

我们选择在地面上工作，因为它是驯化番茄的亲戚。我们对番茄遗传学了解很多，并且能够将驯化番茄中的特定基因与野生地面中的对应基因进行比较，以确定需要进行哪些编辑。我们还将当地种植者和农民众包，以了解哪些特性需要改进，哪些特征对农业生产最有价值。利用从种植者那里收集的这些关键信息，我们使用称为CRISPR / Cas9的基因编辑技术来改善地面采集者。

一个被忽视的果实

虽然您可能无法在杂货店找到它们，但您可能已经在当地农贸市场看到了地面销售商。groundcherry是tomatillo的野生亲戚，就像tomatillo一样，它的果实被包裹在纸质果壳内，保护果实免受破坏。稻壳内的浆果很小 - 大理石大小 - 但提供了大的柑橘味。这些小浆果是一种抗氧化剂，维生素A，B和C以及其他营养素的来源，专门生长在小规模农场和家庭菜园中。根据groundcherry的野生生长习性和小规模的水果，我们将其确定为未充分利用的作物。我们目前的研究重点是如何将groundcherry纳入当前的食品系统。

groundcherry(Physalis pruinosa)的商业生产几乎不存在，这个空白至少部分归因于植物的不规则生长。由于其庞大的分支机构，地面需要广泛的管理来驯服其增长。它的枝条装饰着稻壳覆盖的果实，落在地上，通常在成熟之前。这使得采摘水果成为劳动密集型过程，如果水果与可导致食源性疾病的土壤微生物接触，则会引起食品安全问题。

我们的地面改良项目的一个关键因素是众包纽约州公民科学家和农民的智慧，以确定需要改进的地面特征或特征。不同美国农业部耐寒区的志愿者园艺师和农民通过种植几种地面品种与我们合作，并提供有关开花时间，果实大小，风味和果实落下等特征的反馈。我们使用这一关键反馈来改善这种结果。

驯服野生植物

为了改善作物的性状，植物育种者在很大程度上依赖于所有生物体中发生的天然突变。这些天然突变事件改变了基因序列，从而改变了性状，但它们很少见。在基因编辑之前，很少有工具可以加速育种过程。其中一种称为甲磺酸乙酯(EMS)，是一种强效致癌物质，用于随机突变数千株植物的DNA。缺点是必须仔细评估所有突变植物，以选择那些在育种者希望修饰的基因中具有突变的植物。

今天仍在使用的这个过程是混乱和耗时的; 没有办法控制哪些基因突变或不突变，筛选数千株植物需要时间。

CRISPR / Cas9是一种功能强大的基因编辑工具，可用于比EMS诱导的随机突变更准确地引起DNA突变。与其他任何技术相比，CRISPR / Cas9不是等待随机突变或评估数千种诱变植物，而是可以加速作物的繁殖和驯化。幸运的是，许多与驯化相关的特征，包括果实大小和生长习性，都是DNA自然突变和重排的结果，最终改变了控制这些特征的基因的功能。CRISPR / Cas9允许我们从番茄中复制这些突变并在地面上复制它们。

与冷泉港实验室的合作者Zach Lippman一起，我们最近在“自然植物”杂志上发表了我们第一次加速地面驯化的尝试。我们的首要任务是驯服野生生长。

在番茄中，抑制开花的SELF PRUNING(SP)基因中的天然突变导致植物具有更易处理的生长。我们希望在“CRISPR”化的地面采集器中看到相同的反应，并发现具有突变SP的植物生长得更紧凑的结构。具体而言，这些植物的分支比未经编辑的对应物短得多。这种更小的生长习性对于较大规模的农业环境是优选的，因为可以更容易地种植和收获更紧凑的植物。

我们将另一种研究得很好的基因定位于地面，称为CLAVATA1(CLV1)，它直接控制果实大小。在番茄中，CLV1的突变导致更大的果实。因为groundcherry水果相当小，我们尝试通过用CRISPR / Cas9 突变CLV1来增加果实大小。

乍一看，具有突变CLV1的groundcherry植物看起来与它们未经编辑的对应物相同。然而，来自CLV1-突变植物的果实更大，在突变这个单一基因后重达20%。CLV1只是控制果实大小的众多基因之一。我们期望突变更多这些基因将使我们能够在短时间内创造更大的水果。CRISPR对植物基因(例如CLV1和SP)的过程仅需要一年左右，而传统育种通常需要更多的时间和精力来实现相同的结果。

为了充分驯化和改善地面，我们计划研究更多与特征相关的基因，这些基因将使农民成长和消费者购买更有吸引力的作物。目前，我们专注于有可能纠正果实下降，影响果实风味和营养，并进一步增加果实大小的基因。

最终，我们设想创建一个更紧凑的groundcherry植物，其中含有更多，更多营养成分的水果，留在植物上。为此，将控制这些特性的所有基因的CRISPR / Cas9突变组合成一个单一的植物，以创造一个完全驯化的地面种植，值得在农民田地和杂货店货架上种植。重要的是，地面植物不是唯一可以驯化的野生植物。CRISPR / Cas9几乎可以应用于任何植物物种，因此将来可以驯化更多的野生物种，就像我们在这里获得的一样。

所以，下次你去购买杂货时，要注意产品过道。感谢我们的祖先花费了数千年的时间来发明我们今天所知的食物，并思考基因编辑如何在很短的时间内帮助实现这一目标。