“香蕉艾滋病”蔓延,CRISPR基因編輯成為避免香蕉滅絕的唯一希望
2019/09/27
哥倫比亞政府證實,黃葉病熱帶第4型已經傳播到了哥倫比亞的四個香蕉種植園。研究人員使用CRISPR基因編輯技術,將野生香蕉中的一個基因加入到卡文迪什香蕉基因組中,來增強卡文迪什香蕉對真菌的抵抗力。


南美洲是香蕉生產和出口大國,南美的厄瓜多爾是世界上最大的香蕉出口國,哥倫比亞、哥斯達黎加和危地馬拉也是香蕉的大生產國。

香蕉種植園最怕的就是真菌感染,1950年,一種叫做巴拿馬病的香蕉傳染病爆發,直接導致當時在南美洲廣泛種植的香蕉品種大麥克香蕉(Gros Michel)徹底絕種。

此后,科學家培育出對巴拿馬病有抵抗能力的新品種卡文迪什香蕉(Cavendish),取代大麥克香蕉,成為目前最廣泛種植的香蕉品種,現在,卡文迪什香蕉占全世界香蕉總銷量的99%。

香蕉危在旦夕

然而,感染香蕉的真菌也一直在進化,巴拿馬病的一個變種黃葉病熱帶第4型,出現了。黃葉病熱帶第4型,是由真菌感染導致,一旦感染香蕉,就會導致水分及養料無法輸送,使香蕉樹中心部分萎縮發黑,2-3年內更可令香蕉園內所有香蕉徹底枯萎。

可怕的是,這種真菌的孢子能潛伏在泥土中30年以上,因此一旦感染過的土地,就不能再種植香蕉,而且這種真菌能通過水滴及依附在機器或鞋子上的少量泥土傳播。這種可怕的香蕉傳染病被形象的稱呼為香蕉艾滋病,這種香蕉艾滋病之前已在亞洲廣泛傳播。

然而,就在上個月,哥倫比亞政府證實,黃葉病熱帶第4型已經傳播到了哥倫比亞的四個香蕉種植園。


遏制黃葉病熱帶第4型傳播的唯一方法就是銷毀種植園所有植物,并關閉整個種植園數十年。因為這種真菌的孢子可以在土壤中存活30年以上,殺菌劑對它們根本無效。

由于卡文迪什香蕉的廣泛種植,黃葉病熱帶第4型一旦大規模傳播,將很可能徹底摧毀整個香蕉種植業。因此設計并培育能夠抵抗這種病害的新一代香蕉,變得非常緊迫。

由于卡文迪什香蕉是無性繁殖的,沒有種子,只能通過克隆進行繁殖,因此無法通過傳統育種方法賦予它對黃葉病熱帶第4型的抗病性。

佛羅里達大學植物病理學家蘭迪·普洛茨(Randy Ploetz)認為,想從這種真菌手里挽救卡文迪什香蕉,或許只有一種辦法,那就是修改它的基因組。

澳大利亞的一個研究團隊已經開始這項研究,他們使用CRISPR基因編輯技術,將野生香蕉中的一個基因加入到卡文迪什香蕉基因組中,來增強卡文迪什香蕉對真菌的抵抗力。目前他們已經開始在田間測試這種改良香蕉。

澳大利亞昆士蘭科技大學的生物技術專家 James Dale 說,從今年7月開始,越來越多的人咨詢他轉基因香蕉的問題,因為黃葉病熱帶第4型已經傳播到了哥倫比亞,哥倫比亞宣布進入國家緊急狀態,人們對轉基因香蕉的興趣越來越濃厚。

一個有吸引力的選擇

其實,這這不是商業種植香蕉品種第一次面臨滅絕。1950年,一種叫做巴拿馬病的香蕉傳染病爆發,直接導致當時在南美洲廣泛種植的香蕉品種大麥克香蕉(Gros Michel)徹底絕種。

好在卡文迪什香蕉被培育出來,它能夠抵抗巴拿馬病,而且韌性足以承受出口過程中的搬運,并且具有被廣泛接受和認可的味道,很快,卡文迪什香蕉取代了大麥克香蕉,稱霸出口香蕉市場。

然而,這一次面臨的麻煩更大,因為目前沒有天然存在的香蕉同時具有卡文迪什香蕉的品質和對黃葉病熱帶第4型的抵抗力

導致黃葉病熱帶第4型的真菌如此強大,真菌的孢子可以在土壤中存活30年以上,殺菌劑對它們根本無效。研究人員認為,卡文迪什香蕉可能在未來幾十年內逐漸滅絕,除非能夠對其進行修飾以抵抗這種真菌。

澳大利亞昆士蘭科技大學的生物技術專家 James Dale 的團隊,一直致力于通過從野生香蕉中選取抗病基因,對卡文迪什香蕉進行基因改造,該基因賦予了對黃葉病熱帶第4型抗性。

2017年他們通過一次小型試驗取得了令人鼓舞的結果后,然后研究團隊開始了一項較大規模的研究。他們在澳大利亞北部的半公頃的土地上種植了轉基因的卡文迪什香蕉。 結果表明,這種轉基因香蕉的狀況很好,對真菌的抵抗能力很好。

他計劃在2021年研究結束后,向澳大利亞監管機構申請批準銷售轉基因卡文迪什香蕉。但是,無法預測監管機構是否會批準或需要多長時間才能獲得批準。

即使這種轉基因香蕉獲得批準生產,能不能賣得出去也可能是一個問題。轉基因作物長期以來一直在世界范圍內受到公眾的抵制,尤其是在歐洲。他們的研究團隊擁有這種出色的香蕉,對黃葉病熱帶第4型擁有良好的抵抗能力,但是消費者是否會購買完全是另一個問題。

用CRISPR去改造香蕉

James Dale 的團隊正在使用CRISPR基因編輯技術來改造卡文迪什香蕉的的基因組,以增強其對黃葉病熱帶第4型的抵抗力。

具體來說,他們嘗試打開卡文迪什香蕉的一個休眠基因,該基因賦予香蕉對黃葉病熱帶第4型。 這種方法不需要引入外源基因,因此可能更容易通過監管部門的批準。


但是這項工作仍處于初期階段,要等到幾年才能進入試驗階段

一家英國的生物技術初創公司Tropic Biosciences,正試圖使用CRISPR基因編輯技術來增強卡文迪許香蕉的免疫系統。 所有植物都產生控制其自身某些基因活性的小鏈RNA。最近的研究表明,這些RNA鏈中的某些有時可以抑制病原體中的基因,使入侵者癱瘓。這家生物技術公司正在使用CRISPR編輯卡文迪什香蕉中的RNA鏈,從而使黃葉病熱帶第4型中的基因沉默。

能否被接受是個問題

但目前尚不清楚世界各地的監管機構將如何迎接基因編輯香蕉。

2016年,美國農業部決定不對使用CRISPR基因編輯蘑菇進行監管,這表明美國可能會以類似方式處理CRISPR基因編輯香蕉。 哥倫比亞、智利、巴西、日本和以色列政府已經發布了官方聲明,表明他們也可能對CRISPR基因編輯農作物寬容。 但是,歐盟已經表示,將像對其他轉基因食品一樣嚴格評估基因編輯作物。

瑞典農業科學大學植物遺傳學家 Rodomiro Ortiz,支持研究人員正在進行的針對卡文迪什香蕉的基因編輯,但他告誡不要只專注于對卡文迪什香蕉的改良。 除了卡文迪什香蕉以外,地球上還有一千多種其他類型的香蕉。雖然它們有的不及卡文迪什香蕉的產量,有的無法運輸,有的味道不好。但是,它們是一個巨大的香蕉寶庫,商業香蕉公司可以嘗試改良這些品種來建立替代品種,這樣也能讓人們吃到多種多樣的香蕉。

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