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非編碼RNA助力作物改良

更新時(shí)間:2014-11-05      瀏覽次數(shù):1458

如何有效提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量來滿足人類的需求?如何提高農(nóng)作物對抗蟲害和不良條件的能力?如何改善農(nóng)作物性狀使得農(nóng)產(chǎn)品更為營養(yǎng)和健康?數(shù)個(gè)世紀(jì)以來,人們一直探索和實(shí)踐著改良作物的方法。傳統(tǒng)的作物改良方法如自然隨機(jī)雜交和人工設(shè)計(jì)雜交雖能取得一定的效果,但費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率低下。

現(xiàn)代生物技術(shù)尤其是分子生物學(xué)的發(fā)展加速了作物改良的進(jìn)展。通過DNA重組方法,產(chǎn)生了一批轉(zhuǎn)基因植物,作物性狀得到有效改善,如:提高了作物產(chǎn)量,增強(qiáng)了抗蟲性、耐旱性等。但是關(guān)于過表達(dá)外源基因產(chǎn)生的蛋白產(chǎn)物是否存在食品安全和環(huán)境問題的潛在隱患,質(zhì)疑和爭論從未停息。

近年來,非編碼RNA的出現(xiàn)為作物改良提供了新的思路。非編碼RNA是zui近生物學(xué)領(lǐng)域研究的熱門之一,卻與作物改良有著較深的淵源。小干擾RNA就是從建立抗病毒植物的研究中發(fā)現(xiàn)的,并因此開創(chuàng)了一個(gè)嶄新的生物學(xué)研究領(lǐng)域。非編碼RNA是指不具備蛋白編碼活性,但卻具有調(diào)控功能的轉(zhuǎn)錄本。由于不編碼蛋白產(chǎn)物,降低了引入外來蛋白的風(fēng)險(xiǎn)。那么,采用非編碼RN是否代表一種更為安全策略呢?

事實(shí)上,迄今為止,已經(jīng)有多種利用非編碼RNA成功進(jìn)行作物改良的例子。為了對該領(lǐng)域的研究成果進(jìn)行匯總和展望,《國家科學(xué)評論》雜志近期發(fā)表了題為Non-coding RNAs as potent tools for crop improvement的Perspective文章,。文章作者,中國科學(xué)院上海植物逆境生物學(xué)研究中心劉仁義研究員與美國科學(xué)院院士朱健康教授在文中著重介紹了RNA干擾技術(shù)在提高作物抗蟲性及改善作物品質(zhì)的應(yīng)用并且針對非編碼RNA的脫靶效應(yīng)引起的潛在風(fēng)險(xiǎn)及對策進(jìn)行了探討。文章還介紹了植物基因組中長非編碼RNA的發(fā)現(xiàn)和功能研究和基于引導(dǎo)RNA的基因編輯技術(shù)CRISPR/CAS9的研究進(jìn)展,并對它們在作物改良中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望 。

文章指出:鑒于非編碼RNA在基因調(diào)控中的重要作用,使其成為作物改良中的一個(gè)重要工具。例如,傳統(tǒng)利用Bt蛋白的過表達(dá)來提高作物抗蟲性,已經(jīng)引發(fā)了一系列問題:昆蟲已開始產(chǎn)生對Bt蛋白的耐受性,而RNA沉默可作為很好的替代策略。此外,RNA沉默也可用于作物改良。利用RNA干擾下調(diào)在植物代謝中的關(guān)鍵信號通路節(jié)點(diǎn)分子,使作物累積有利的代謝產(chǎn)物或者降低不利的代謝產(chǎn)物如過敏源蛋白。

對于基因編輯技術(shù)CRISPR/CAS,作者認(rèn)為,該技術(shù)用于植物功能性基因組改造和作物改良將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。CRISPR/CAS是細(xì)菌中一種對外源DNA進(jìn)行切割的防御系統(tǒng)。另外,通過對這一系統(tǒng)進(jìn)行改良,該體系也可用于對植物基因組進(jìn)行定點(diǎn)修飾。因而它將成為研究植物基因組和進(jìn)行作物改良的重要工具。

然而,不論是RNAi還是CRISPR/CAS技術(shù), 這些基于核酸配對的識別性均存在錯(cuò)配的可能,在用于作物改良時(shí),需要對構(gòu)建體或者引導(dǎo)序列進(jìn)行慎重選擇和設(shè)計(jì)來降低可能的脫靶效應(yīng)。(來源:科學(xué)網(wǎng))

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