《富含锌和铁的转基因木薯问世》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: zhangyi8606
  • 发布时间:2019-12-10
  • 最近发表在《自然-生物技术》杂志上的一篇论文中,科学家通过铁转运蛋白和铁蛋白的基因工程表达对木薯进行了生物强化,基因改造后,这种木薯含有比非转基因品种更高水平的铁和锌。

    这个项目有着非凡的意义。微量营养素缺乏导致的“隐性饥饿”威胁着全人类,这对于非洲尤为凸显。在贫困的地区,人们一般依赖某一种主食作物来满足主要的能量需求。比如非洲的许多居民依赖就是依赖木薯,大约三分之一撒哈拉以南的非洲人靠木薯来获取超过一半的热量。

    然而,以木薯为主食会带来营养不均衡,铁和锌的缺乏在非洲很常见。在尼日利亚,75%的学龄前儿童和67%的孕妇患有贫血症,20%的5岁以下儿童患有缺锌症。缺铁导致贫血,影响免疫系统,缺锌容易导致腹泻引起的死亡,而且锌和铁都与认知发育有关。但在农业育种中,由于缺乏遗传多样性,很难培育出更好的木薯品种来提高锌铁含量。因此,科学家们转向了生物技术。

    转基因木薯在尼日利亚

    科学家们使用了两个来自拟南芥的基因,第一个基因是IRT1的衍生物,编码铁转运蛋白;第二个基因是FER1,编码铁蛋白,一种铁的储存蛋白。

    用这两个基因改造的植物不仅增加了铁含量,而且还增加了锌含量。

    木薯不能生吃,它经常被加工处理成加里(非洲尼日利亚人的主食,用木薯粉制成)或福父(木薯糍粑)。科学家发现,加工后的转基因木薯食品仍然富含铁和锌,并且可以消化吸收。估计转基因木薯可以为1至6岁的儿童以及非哺乳期、非孕期的妇女提供高达50%铁和70%锌的饮食需求。

    某种意义上,这个项目是对黄金大米项目的致敬。黄金大米经过基因改造富含维生素A的前体物质,是一种可以防治失明的大米。黄金大米反对势力重重阻扰,如今只有孟加拉宣布将很快种植黄金大米。科学家正在把这种技术推广到尼日利亚的木薯品种中,预期在今年进行更多评估。希望这种转基因转基因木薯不再有如此命运。

    原始文献:
    Narayanan Narayanan, et al. "Biofortification of field-grown cassava by engineering expression of an iron transporter and ferritin." Nature Biotechnology 37: 144-151. Published: 28-Jan-2019. DOI: 10.1038/s41587-018-0002-1

相关报告
  • 《木薯粉蚧对木薯叶片卷曲的诱导作用(半翅目:伪球虫科)》

    • 来源专题:农业生物安全
    • 编译者:任洁
    • 发布时间:2023-08-06
    • 某些食植物昆虫可以诱导其寄主植物卷曲叶片,从而提供受保护和营养丰富的栖息地。然而,这种诱导的机制仍然知之甚少。木薯粉蚧(Phenacoccus manihoti Matile-Ferrero)(半翅目:假球虫科)是木薯的一种严重害虫,引起木薯叶卷曲。为了揭示卷叶诱导的机制,我们首先在木薯幼苗的不同部位(即顶端分生组织和茎)接种不同数量的粉蚧。其次,我们使用从叶子中提取的总RNA 进行转录组分析。结果表明,单一昆虫能够诱发卷叶,但卷叶的强度和频率与昆虫的数量呈正相关。此外,当粉虱取食或靠近顶端分生组织时,会发生卷叶,但当它们取食茎时,不会发生卷叶。转录组分析从完整植物和不同时间点接种粉蚧的植物中总共鉴定出 3,931 个差异表达基因 (DEG)。生物过程的GO分析表明,DEGs包含一系列影响叶片近轴-远轴发育、生长素生物合成和极性的因素。这表明这些功能的改变可能导致卷叶。
  • 《CRISPR-CAS9介导的木薯基因组编辑》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:Zhao
    • 发布时间:2017-11-27
    • 目前研究证明,CRISPR-Cas9是一种能够用于进行基因修饰,将新的遗传信息引入作物物种的强大的基因组编辑工具。但是,它还没有被用来编辑木薯(Manihot esculenta)这一作物。为了验证CRISPR-Cas9基因编辑技术在修饰木薯基因组中的效果,Donald Danforth植物科学中心研究员John Odipio及其团队利用携带针对MePDS的gRNA的构建体在两个栽培品种中靶向定位八氢番茄红素脱氢酶(MePDS)基因。并且MePDS基因的修饰在相对较短的时间范围内产生视觉可检测的突变事件,并且不需要通过基因测序来确认。 在农杆菌介导的CRISPR-Cas9试剂进入到木薯细胞中后,两种构建体都在子叶期体细胞胚中诱导可见的白化表型,并从该位点再生植物。本次诱变分析研究共测定了38个品系,每个品种19个。显示白化表型的植物品系的频率在两个栽培品种中为90-100%。而且通过基因序列分析显示,所有被检测的株系在目标MePDS位点都携带突变点,而且记录下了这些突变点的插入,缺失和置换。另外,研究小组观察到在MePDS区域上游5'末端或下游3末端有少量核苷酸取代和/或缺失。 本研究报道的数据表明,CRISPR-Cas9介导的基因组编辑技术也同样适用于木薯,而且效率较高。 有关这项研究的更多信息,请阅读“植物科学前沿”杂志中的文章。