美國亞利桑那大學的研究人員提出了一種防止每年數以百萬噸真菌感染農作物損失的方法, 可能極大提高特別是發展中國家的食品安全水準。 該團隊的方法是培育轉基因玉米, 產生RNA分子, 阻止黃麴黴毒素的產生。 黃麴黴素是一種劇毒物質, 小劑量即可致使整片莊稼無法食用。
該研究結果顯示, 這種轉基因玉米在感染黴菌的情況下, 能夠將產生的毒素水準抑制在檢出限之下, 但在世界範圍推廣之前還需要更多的田間試驗。
這種轉基因玉米雖然感染了曲黴菌, 但並不會產生黃麴黴毒素, 因為它的RNA分子防禦鏈阻斷了黴菌的毒素產生機制。
全世界的農作物都容易被各種各樣的曲黴菌感染, 而曲黴菌能產生一種叫做黃麴黴毒素的二次代謝產物。 這種化合物會導致小兒發育障礙, 增加肝癌風險, 使人們更容易感染愛滋病和瘧疾等疾病。
Schmidt和她的團隊曾受到蓋茨基金會的資助, 研究名為RNA干擾的自然免疫機制對曲黴菌毒素的對抗作用。 這種方法建立在其他研究者在傳染過程的研究發現基礎上, 叫做宿主誘導的基因沉默(HIGS), 是指在宿主(如植物)細胞中表達病原菌基因雙鏈RNA(double strand RNA,
轉基因玉米與非轉基因的對比
這種改良的玉米攜帶了一種RNA分子的基因藍圖, 每個只有20對堿基的長度, 但只存在於玉米的可食用芯, 並不是整個植株。 Schmidt解釋道:“這種玉米在玉米芯的整個成長過程中不斷產生這種RNA, 當玉米芯感染黴菌, RNA就會轉移到黴菌內部。 ”一旦進入黴菌細胞中, 髮夾狀的RNA分子與黴菌的RNA中的相應靶序列配對, 而這些序列正是毒素合成過程中必需酶的遺傳密碼, 這個過程叫做RNA干擾。
圖為被黴菌感染的玉米棒及感染部位。 雖然非轉基因和轉基因的玉米芯證實兩者均被感染, 但轉基因玉米並沒有積累毒素。 紅點為研究者標注的感染區,據此決定毒素水準。
當前防止食物中黃麴黴毒素的方法中,HIGS方法具有獨到的優勢:它可以阻止黴菌在作物生長過程中產生毒素,而非在作物收割存儲之後再採取措施。後者如利用太陽能風扇從倉庫中抽取空氣或者將作物儲存在巨大的近乎真空環境中以抑制黴菌的產生。美國農業局植物病理學家、亞利桑那大學植物科學學院研究員Peter Cotty提出了另一種方法:用不產生黃麴黴毒素的黴菌菌株噴灑作物,以此阻止其他致病黴菌感染植物。其他研究人員還嘗試培育多種能自行產生抗真菌蛋白質的玉米,但由於已知的抗真菌蛋白質為數較少,這些努力得到的成果有限。由於HIGS方法具有高度的明確性和靶向性,極富發展前景,未來也可能用於其他玉米,Schmidt解釋道。
實驗中,研究團隊用黴菌感染玉米植株,任其生長一月。實驗結果顯示,未處理的控制對照組黃麴黴毒素水準達到十億分之一千到十億分之一萬,而無法檢測到轉基因植物的毒素。Schmidt說:“檢測的下限並不是零,但是已經低到安全食用的程度。”
研究團隊進一步對內核中的整體基因表達進行了研究,以檢查是否存在其他的副作用。該項工作由亞利桑那大學植物科學學院的Rod Wing的實驗室負責,對非轉基因控制內核和轉基因內核之間數以千計的RNA轉錄進行了比較。研究團隊並未發現轉基因和非轉基因內核之間基因表達的任何顯著差異,“這種玉米植株將會跟其他玉米一樣,唯一的區別在於它能夠阻止毒素產生。目前看來應該沒有什麼問題,但很顯然,在大範圍種植之前還要進行更多的測試。”
Schmidt和她的團隊選擇在公開雜誌科學進展上發表自己的成果,因為“我們想要讓任何能夠上網的人都能接觸到我們的成果,特別食品安全形勢嚴峻的非洲。”
紅點為研究者標注的感染區,據此決定毒素水準。當前防止食物中黃麴黴毒素的方法中,HIGS方法具有獨到的優勢:它可以阻止黴菌在作物生長過程中產生毒素,而非在作物收割存儲之後再採取措施。後者如利用太陽能風扇從倉庫中抽取空氣或者將作物儲存在巨大的近乎真空環境中以抑制黴菌的產生。美國農業局植物病理學家、亞利桑那大學植物科學學院研究員Peter Cotty提出了另一種方法:用不產生黃麴黴毒素的黴菌菌株噴灑作物,以此阻止其他致病黴菌感染植物。其他研究人員還嘗試培育多種能自行產生抗真菌蛋白質的玉米,但由於已知的抗真菌蛋白質為數較少,這些努力得到的成果有限。由於HIGS方法具有高度的明確性和靶向性,極富發展前景,未來也可能用於其他玉米,Schmidt解釋道。
實驗中,研究團隊用黴菌感染玉米植株,任其生長一月。實驗結果顯示,未處理的控制對照組黃麴黴毒素水準達到十億分之一千到十億分之一萬,而無法檢測到轉基因植物的毒素。Schmidt說:“檢測的下限並不是零,但是已經低到安全食用的程度。”
研究團隊進一步對內核中的整體基因表達進行了研究,以檢查是否存在其他的副作用。該項工作由亞利桑那大學植物科學學院的Rod Wing的實驗室負責,對非轉基因控制內核和轉基因內核之間數以千計的RNA轉錄進行了比較。研究團隊並未發現轉基因和非轉基因內核之間基因表達的任何顯著差異,“這種玉米植株將會跟其他玉米一樣,唯一的區別在於它能夠阻止毒素產生。目前看來應該沒有什麼問題,但很顯然,在大範圍種植之前還要進行更多的測試。”
Schmidt和她的團隊選擇在公開雜誌科學進展上發表自己的成果,因為“我們想要讓任何能夠上網的人都能接觸到我們的成果,特別食品安全形勢嚴峻的非洲。”