通過切斷基因來殺死害蟲的作物
植物是許多真核生物中的一種,通過使用稱為RNA干擾的過程阻斷蛋白質(zhì)翻譯,可以“關(guān)閉”它們的一個或多個基因。研究人員現(xiàn)在正在通過設(shè)計農(nóng)作物以產(chǎn)生特定的RNA片段來實現(xiàn)武器化,這些片段在被昆蟲攝入后啟動RNA干擾以關(guān)閉對生命或繁殖至關(guān)重要的目標基因,殺死或消毒昆蟲。生物技術(shù)趨勢即將發(fā)布的關(guān)于環(huán)境生物技術(shù)的特刊中回顧了這種方法的潛力。
由于化學農(nóng)藥引起人們對昆蟲抗性,附帶環(huán)境破壞和人體暴露風險的擔憂,轉(zhuǎn)基因方法正成為未來害蟲防治的有吸引力的選擇。例如,某些玉米和棉花品種已被改造以從蘇云金芽孢桿菌(Bacillus thuringiensis)(Bt)中產(chǎn)生蛋白質(zhì)毒素,其毒害某些蠕蟲,甲蟲和蛾。RNA干擾通過關(guān)閉消耗作物的害蟲中的必需基因而增加了另一種微妙程度。
“基于RNA干擾的害蟲防治可以提供基本上免費的保護,因為一旦品種開發(fā),植物就可以繼續(xù)使用它,而不需要額外的殺蟲劑應(yīng)用,”聯(lián)合資深作者Ralph Bock說道。德國馬克斯普朗克分子植物生理學研究所。
RNA干擾策略還可以解決圍繞化學農(nóng)藥的環(huán)境和人類毒性問題。“當我們用RNA干擾技術(shù)瞄準一種主要害蟲時,我們真正希望的是看到整體殺蟲劑使用量大幅減少,”馬克斯普朗克化學生態(tài)研究所所長共同資深作者David Heckel說。
除了應(yīng)用成本和環(huán)境優(yōu)勢外,該方法的倡導者還指出了尋找遺傳目標及其物種特異性的靈活性。雖然有機磷酸鹽等化學殺蟲劑通過使昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)超負荷起作用,但合適的RNA干擾靶標可能會控制某些東西,如細胞蛋白質(zhì)分選,這些東西是必不可少的,但卻是必不可少的。此外,即使某些目標基因在物種間相似,最佳設(shè)計的RNA片段也只能抑制一個物種及其最近的親屬,而不是像一些化學殺蟲劑那樣壓倒非威脅性昆蟲。
早期通過遺傳修飾進行有害生物控制的嘗試已經(jīng)涉及工程植物產(chǎn)生對某些昆蟲有毒的蛋白質(zhì),這引起了對收獲和攝取作物時這些蛋白質(zhì)會發(fā)生什么的擔憂。“對轉(zhuǎn)基因蛋白質(zhì)的反對意見涉及它們對人類可能的毒性或致敏性的擔憂,但是對于RNA干擾策略,沒有制造蛋白質(zhì),只有一些額外的RNA,”博克說。
RNA干擾在它可以對所有主要作物及其害蟲起作用之前面臨多重障礙。在植物方面,科學家還沒有找到一種方法來轉(zhuǎn)化谷物葉綠體基因組,如水稻和玉米,這是產(chǎn)生足夠RNA片段以高速消滅害蟲的最直接途徑。在昆蟲方面,突出的害蟲如一些毛蟲可以降解這些碎片,避免靶基因的關(guān)閉。
Bock和Heckel都認為RNA 干擾技術(shù)距離該領(lǐng)域大約需要6到7年,但他們對改變圍繞農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的爭論的潛力持謹慎樂觀態(tài)度。“科羅拉多馬鈴薯甲蟲現(xiàn)在幾乎遍布全球,甚至進入中國,”Heckel說。“由于這種主要害蟲的傳播對殺蟲劑具有抗性,因此轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的發(fā)展有一個很好的例子,試圖阻止這種趨勢,并希望它將證明有足夠的優(yōu)勢來克服對任何和所有遺傳修飾的反對。作物“。
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