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《科学家用CRISPR技术改良香蕉》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： huangcui
  • 发布时间：2019-03-15

  • 1月31日，《通讯—生物学》在线发表的一项研究报告了一种可以成功消除大蕉香蕉条纹病毒的策略。这是一种基于CRISPR技术的策略，有望改善大蕉的生长，并提高产量。

    香蕉及其近亲大蕉是热带和亚热带国家的一种重要主食类作物。培育具有更高抗病抗虫特性的品种是保证其健康高产的关键。香蕉条纹病毒是一种分布广泛的病毒，它通过将自身的DNA插入香蕉B基因组而致病，最终可导致作物死亡。比如，当香蕉受到干旱或高温威胁时，香蕉条纹病毒DNA会产生功能性病毒颗粒，最终引发疾病症状。因此，培育者在改良香蕉时会避免使用包含B基因组的香蕉，比如野蕉，尽管其具有一些优良特性，包括抗寒性、根系发达和抗逆性。

    肯尼亚内罗毕国际热带农业研究所的Jaindra Tripathi及同事使用CRISPR/Cas9系统使Gonja Manjaya B基因组中的病毒DNA失活。Gonja Manjaya是一类大蕉中的一种，主要生长在非洲中东部。研究人员发现，在干旱压力下时，与未经编辑的大蕉相比，经过编辑的大蕉有75%没有展现出香蕉条纹病毒的症状，证明病毒DNA确实失活。

    研究人员表示，这种策略或可用于改良香蕉和大蕉，开发具有强化B基因组的新杂交品种。

  • 原文来源：https://www.nature.com/articles/s42003-019-0288-7
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  • 《科学家研究从香蕉皮等生物质中提取氢气燃料》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2022-01-27
    • 随着世界能源需求的增加，人类对化石燃料的消耗也在增加。其结果是温室气体排放大量增加，对环境造成严重的负面影响。为了解决这个问题，科学家们一直在寻找替代性的可再生能源。 一个主要的候选者是由植物和动物的有机废物，或"生物质"产生的氢气。生物质还可以吸收、清除和储存大气中的二氧化碳，而生物质的分解也可以为我们带来负排放或清除温室气体。但是，即使生物质预示着未来的道路，仍然存在将其最大限度地转化为能源的最佳方式问题。 目前有两种将生物质转化为能源的主要方法：气化和热解。气化将固体或液体生物质置于1000℃左右的温度下，将其转化为气体和固体化合物，气体被称为"合成气"，而固体是"生物炭"。合成气是氢气、甲烷、一氧化碳和其他碳氢化合物的混合体，而这些就是作为"生物燃料"用于发电的东西。另一方面，生物炭通常被认为是一种固体碳废物，它可以被用于农业应用。 另一种方法，即生物质热解法，与气化法类似，只是生物质是在较低的温度下加热的，温度在400-800℃之间，压力在惰性气体中达到5巴。有三种类型的热解：常规、快速和闪电热解。在所有这三种类型中，前两种需要的时间最长，产生的炭也最多。闪光热解在600℃下进行，产生最多的合成气，并且停留时间最短。不幸的是，它也需要能够处理高温和高压的专门反应器。 现在，由EPFL基础科学学院的Hubert Girault教授领导的科学家们已经开发出一种新的生物质光解方法，不仅能产生有价值的合成气，而且还能产生用于其他用途的生物炭。这项工作发表在《化学科学》上。该方法使用氙灯进行闪光灯热解，氙灯通常用于固化印刷电子产品的金属油墨。Girault的研究小组在过去几年中也将该系统用于其他目的，如合成纳米颗粒。 该灯的白色闪光灯提供了一个高功率的能量源，以及促进光热化学反应的短脉冲。这个想法是一个强大的闪光灯，让生物质吸收了这个闪光能量，并瞬间触发了光热生物质转化为合成气和生物炭。这种闪光技术被用于不同来源的生物质：香蕉皮、玉米棒、橘子皮、咖啡豆和椰子壳，所有这些生物质最初都在105°C下干燥24小时，然后研磨并过筛成薄薄的粉末。然后在环境压力和惰性气体参与下，将这些粉末放在一个带有标准玻璃窗的不锈钢反应器中。氙灯闪烁，整个转换过程在几毫秒内结束。 研究人员表示，每公斤干燥的生物质可以产生大约100升氢气和330克生物炭，这相当于原始干燥香蕉皮质量的33wt.%。该方法也可以计算能量结果，即每公斤干燥的生物质有4.09兆焦耳能量。这种方法的突出之处在于它的最终产品，氢气和固碳生物炭，都是有价值的。氢气可以作为绿色燃料使用，而碳生物炭，既可以被埋藏起来作为肥料使用，也可以用来制造导电电极。
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  • 《“香蕉艾滋病”基因编辑成避免香蕉灭绝的希望》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：zhangyi8606
    • 发布时间：2019-10-30
    • 南美洲是香蕉生产和出口大国，南美的厄瓜多尔是世界上最大的香蕉出口国，哥伦比亚、哥斯达黎加和危地马拉也是香蕉的大生产国。 香蕉种植园最怕的就是真菌感染，1950年，一种叫做巴拿马病的香蕉传染病爆发，直接导致当时在南美洲广泛种植的香蕉品种大麦克香蕉（Gros Michel）彻底绝种。 此后，科学家培育出对巴拿马病有抵抗能力的新品种卡文迪什香蕉（Cavendish），取代大麦克香蕉，成为目前最广泛种植的香蕉品种，现在，卡文迪什香蕉占全世界香蕉总销量的99%。 香蕉危在旦夕 然而，感染香蕉的真菌也一直在进化，巴拿马病的一个变种黄叶病热带第4型，出现了。黄叶病热带第4型，是由真菌感染导致，一旦感染香蕉，就会导致水分及养料无法输送，使香蕉树中心部分萎缩发黑，2-3年内更可令香蕉园内所有香蕉彻底枯萎。 可怕的是，这种真菌的孢子能潜伏在泥土中30年以上，因此一旦感染过的土地，就不能再种植香蕉，而且这种真菌能通过水滴及依附在机器或鞋子上的少量泥土传播。这种可怕的香蕉传染病被形象的称呼为香蕉艾滋病，这种香蕉艾滋病之前已在亚洲广泛传播。 “香蕉艾滋病”蔓延，CRISPR基因编辑成为避免香蕉灭绝的唯一希望 然而，就在上个月，哥伦比亚政府证实，黄叶病热带第4型已经传播到了哥伦比亚的四个香蕉种植园。 遏制黄叶病热带第4型传播的唯一方法就是销毁种植园所有植物，并关闭整个种植园数十年。因为这种真菌的孢子可以在土壤中存活30年以上，杀菌剂对它们根本无效。 由于卡文迪什香蕉的广泛种植，黄叶病热带第4型一旦大规模传播，将很可能彻底摧毁整个香蕉种植业。因此设计并培育能够抵抗这种病害的新一代香蕉，变得非常紧迫。 由于卡文迪什香蕉是无性繁殖的，没有种子，只能通过克隆进行繁殖，因此无法通过传统育种方法赋予它对黄叶病热带第4型的抗病性。 佛罗里达大学植物病理学家兰迪·普洛茨（Randy Ploetz）认为，想从这种真菌手里挽救卡文迪什香蕉，或许只有一种办法，那就是修改它的基因组。 澳大利亚的一个研究团队已经开始这项研究，他们使用CRISPR基因编辑技术，将野生香蕉中的一个基因加入到卡文迪什香蕉基因组中，来增强卡文迪什香蕉对真菌的抵抗力。目前他们已经开始在田间测试这种改良香蕉。 澳大利亚昆士兰科技大学的生物技术专家 James Dale 说，从今年7月开始，越来越多的人咨询他转基因香蕉的问题，因为黄叶病热带第4型已经传播到了哥伦比亚，哥伦比亚宣布进入国家紧急状态，人们对转基因香蕉的兴趣越来越浓厚。 一个有吸引力的选择 其实，这这不是商业种植香蕉品种第一次面临灭绝。1950年，一种叫做巴拿马病的香蕉传染病爆发，直接导致当时在南美洲广泛种植的香蕉品种大麦克香蕉（Gros Michel）彻底绝种。 好在卡文迪什香蕉被培育出来，它能够抵抗巴拿马病，而且韧性足以承受出口过程中的搬运，并且具有被广泛接受和认可的味道，很快，卡文迪什香蕉取代了大麦克香蕉，称霸出口香蕉市场。 然而，这一次面临的麻烦更大，因为目前没有天然存在的香蕉同时具有卡文迪什香蕉的品质和对黄叶病热带第4型的抵抗力 导致黄叶病热带第4型的真菌如此强大，真菌的孢子可以在土壤中存活30年以上，杀菌剂对它们根本无效。研究人员认为，卡文迪什香蕉可能在未来几十年内逐渐灭绝，除非能够对其进行修饰以抵抗这种真菌。 澳大利亚昆士兰科技大学的生物技术专家 James Dale 的团队，一直致力于通过从野生香蕉中选取抗病基因，对卡文迪什香蕉进行基因改造，该基因赋予了对黄叶病热带第4型抗性。 2017年他们通过一次小型试验取得了令人鼓舞的结果后，然后研究团队开始了一项较大规模的研究。他们在澳大利亚北部的半公顷的土地上种植了转基因的卡文迪什香蕉。 结果表明，这种转基因香蕉的状况很好，对真菌的抵抗能力很好。 “香蕉艾滋病”蔓延，CRISPR基因编辑成为避免香蕉灭绝的唯一希望 他计划在2021年研究结束后，向澳大利亚监管机构申请批准销售转基因卡文迪什香蕉。但是，无法预测监管机构是否会批准或需要多长时间才能获得批准。 即使这种转基因香蕉获得批准生产，能不能卖得出去也可能是一个问题。转基因作物长期以来一直在世界范围内受到公众的抵制，尤其是在欧洲。他们的研究团队拥有这种出色的香蕉，对黄叶病热带第4型拥有良好的抵抗能力，但是消费者是否会购买完全是另一个问题。 用CRISPR去改造香蕉 James Dale 的团队正在使用CRISPR基因编辑技术来改造卡文迪什香蕉的的基因组，以增强其对黄叶病热带第4型的抵抗力。 具体来说，他们尝试打开卡文迪什香蕉的一个休眠基因，该基因赋予香蕉对黄叶病热带第4型。 这种方法不需要引入外源基因，因此可能更容易通过监管部门的批准。 但是这项工作仍处于初期阶段，要等到几年才能进入试验阶段 “香蕉艾滋病”蔓延，CRISPR基因编辑成为避免香蕉灭绝的唯一希望 一家英国的生物技术初创公司Tropic Biosciences，正试图使用CRISPR基因编辑技术来增强卡文迪许香蕉的免疫系统。 所有植物都产生控制其自身某些基因活性的小链RNA。最近的研究表明，这些RNA链中的某些有时可以抑制病原体中的基因，使入侵者瘫痪。这家生物技术公司正在使用CRISPR编辑卡文迪什香蕉中的RNA链，从而使黄叶病热带第4型中的基因沉默。 能否被接受是个问题 但目前尚不清楚世界各地的监管机构将如何迎接基因编辑香蕉。 2016年，美国农业部决定不对使用CRISPR基因编辑蘑菇进行监管，这表明美国可能会以类似方式处理CRISPR基因编辑香蕉。 哥伦比亚、智利、巴西、日本和以色列政府已经发布了官方声明，表明他们也可能对CRISPR基因编辑农作物宽容。 但是，欧盟已经表示，将像对其他转基因食品一样严格评估基因编辑作物。 瑞典农业科学大学植物遗传学家 Rodomiro Ortiz，支持研究人员正在进行的针对卡文迪什香蕉的基因编辑，但他告诫不要只专注于对卡文迪什香蕉的改良。 除了卡文迪什香蕉以外，地球上还有一千多种其他类型的香蕉。虽然它们有的不及卡文迪什香蕉的产量，有的无法运输，有的味道不好。但是，它们是一个巨大的香蕉宝库，商业香蕉公司可以尝试改良这些品种来建立替代品种，这样也能让人们吃到多种多样的香蕉。 来源：BioWorld
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