Science子刊：利用RNAi盒培育出不含黃曲霉素的轉基因玉米

來源：生物谷作者：人氣：-發表時間：2017-03-14 08:53:00【大中小】

曲霉菌每年讓大約1.6千萬噸玉米不能夠安全食用。然而，問題并不在于這種真菌本身，而在于它的真菌代謝物：黃曲霉素（aflatoxin）。黃曲霉素能夠給吃被曲霉菌感染的玉米的動物和人帶來負面的健康影響。

利用RNAi盒培育出不含黃曲霉素的轉基因玉米

如今，在培育不含黃曲霉素的玉米的過程中，來自美國亞利桑那大學和亞利桑那州基因組學研究所的研究人員開發出一種靶向真菌基因aflC 上的三個區域的RNA干擾（RNA interference, RNAi）盒（RNAi cassette, 也譯作RNAi序列組件）。基因aflC編碼一種產生黃曲霉素所需的酶。當被轉染進玉米中時，這種RNAi盒降低被黃曲霉菌感染的玉米粒中的基因aflC表達，從而降低真菌黃曲霉素產生。這種宿主誘導的基因沉默方法的結果發表在2017年3月10日的Science Advances期刊上，論文標題為“Aflatoxin-free transgenic maize using host-induced gene silencing”。

作為美國農業部玉米宿主植物抗性研究小組的一名遺傳學家，Marilyn Warburton（未參與這項研究）在一封電子郵件中寫道，盡管幾種種植、收集和儲存方法和殺真菌劑的使用能夠降低真菌感染，但是“對農民而言，培育出抗性轉基因農作物（抵抗這種真菌感染和擴散，或者阻止這種真菌產生黃曲霉素）在經濟上是最有效的控制方法。” Warburton補充道，面臨的挑戰是“在容易被黃曲霉素污染的玉米或其他的農作物中，尚未發現單個基因對它們的抗性產生較大的影響。常見的情形是，在很多基因當中，每個基因具有較小的抗性影響”。

論文通信作者、亞利桑那大學植物科學助理教授Monica Schmidt起初是對降低花生中的黃曲霉素感興趣，但是“就全球而言，最大的挑戰是玉米也有這種黃曲霉素污染問題”。為了在玉米的某個感染時刻，抑制黃曲霉素產生，Schmidt和同事們設計出一種靶向基因aflC 中的三個區域的RNAi盒。基因alfC編碼的聚酮合酶（polyketide synthase）是在黃曲霉素合成的早期所必需的。他們的想法是通過靶向表達這種酶的真菌轉錄本中的三個區域，他們可能完全沉默這個長7kb的基因。Schmidt解釋道，“我們并不想要靶向一個區域，這是因為如果這樣的話，這個基因將會被截斷一點點，所編碼的酶盡管不能夠具有極好的酶活性，但是仍然能夠發揮作用。我們想要弄清楚這種轉錄本是否消失了。”

在美國路易斯安那州立大學研究玉米-黃曲霉菌相互作用的Zhi-Yuan Chen（未參與這項研究）說，靶向一個基因上的三個區域會“增加你取得成功的幾率”。

這些研究人員將這種RNAi盒導入到發育中的玉米粒內，讓它們繁殖而培育出三種純合株系。所產生的純合株系表現出正常的生長和發育，但是在這三種轉基因株系中，他們并沒有在來自每種株系的表達RNAi盒的玉米粒中檢測到任何黃曲霉素。不過，他們的檢測方法的檢測極限大約為93ppb，這種檢測極限是美國食品藥物管理局（FDA）認為黃曲霉素在動物飼料中安全使用的20ppb限定值的4倍多。

Chen在引用這種報道的檢測極限時，說道，“當你沒有檢測到黃曲霉素時，這不一定是不含黃曲霉素的。事情并不是如此簡單。”

其他的研究團隊已試圖采取類似的宿主誘導的基因沉默方法，靶向多種不同的曲霉菌基因以便抑制黃曲霉素產生。美國華盛頓州立大學植物病理學教授Scot Howard Hulbert（未參與這項研究）說，“一種優勢在于你挑選出你靶向的基因，因此如果它確實是一個必需基因，那么這種效應可能是潛在持久性的。這種RNAi方法看起來它起作用了。”

抑制黃曲霉素產生僅解決與曲霉菌相關聯的眾多問題之一。它并不讓農作物免受能夠影響產量的真菌腐爛病，因此研究人員繼續努力降低玉米和其他植物遭受的曲霉菌感染。Chen說，“為了真正地控制這個問題，你需要采用多種方法。”他補充道，宿主誘導的基因沉默“確實有潛力成為除生物控制之外的一種非常高效的黃曲霉素控制方法”。

Schmidt說，她的研究團隊想要利用這種方法靶向其他的破壞農作物的毒素。

原文來源

Aflatoxin-free transgenic maize using host-induced gene silencing