下一代生物農藥先驅:被基因編輯馴服的洋葱菌_風聞
鹰击长空-黑名单专治乌贼、反智、喷子、谣棍和杠精2019-03-16 17:42
為了讓農作物可以更好地生長,現代農業廣泛依賴大量的農藥來防止病蟲害、快速清除雜草。它們雖然不會對農作物造成傷害,但自身仍具有毒性,甚至是劇毒(比如百草枯)。長期或使用不當,很可能會破壞當地自然環境,危害生態系統,甚至危害人類的健康。
幸運的是,隨着生物科技的進步,科學家們正在將目光轉向細菌和真菌等微生物,嘗試讓它們起到“生物農藥”的作用,擺脱對化學農藥的依賴。而近日,英國卡迪夫大學的研究人員就在該領域取得了一些突破,利用基因編輯技術,他們修改了一種伯克霍爾德氏菌(Burkholderia cepacia)的基因,在去除它對人的毒性的同時,保留了對植物病原菌的抑制作用,具備成為新型生物農藥的潛力。
伯克霍爾德氏菌(屬)廣泛存在與大自然中,水、土壤、植物和人體中都有他的身影,已確認得有20多種。由於人類首次發現的那一種可以引起洋葱莖腐爛,因此該種類又被稱為“洋葱伯克氏細菌”(下文簡稱“洋葱菌”)。
這次研究的對象就是這種“洋葱菌”。
自1949年首次發現以來,洋葱菌就憑藉讓人“又愛又恨”的特徵吸引了很多科學家。
一方面,它具有促進促進植物生長和殺菌的能力,還可以分解土壤中的殘留農藥,是用來替換化學農藥的最佳選擇之一。
但另一方面,它也是一種致病菌,會使肺部囊性纖維化的病人罹患“洋葱伯克氏菌綜合症”,還會引發多種感染病,嚴重者會出現生病危險。

圖 | 這才是掃描電子顯微鏡下的“洋葱菌”,伯克霍爾德氏菌本菌
在人們尚未完全瞭解洋葱菌的負面影響時,它一直在世界範圍內被當作生物殺蟲劑廣泛使用,**曾導致很多人患病和死亡。**直到1999年之後,美國等西方國家逐漸重視了它的致病風險,提高了此類生物農藥的註冊標準,還暫停了它的大規模使用。
這一次,英國研究團隊對洋葱菌基因序列進行了長期深入研究,更全面的掌握了它保護農作物的原理。
研究領導者Eshwar Mahenthiralingam 教授表示,“我們必須瞭解風險,才能減少風險,進而尋求一個兼顧所有人的平衡點。”
研究團隊利用洋葱菌的基因製造出了抗生素Cepacin,這是有效對抗苗期猝倒病的關鍵——一種存在於土壤中的真菌病害,專門侵襲農作物的幼苗。
通過食用基因組測序等技術手段,他們發現,洋葱菌會將自己的基因組DNA分裂成3個複製子(基因片段),如果去除最小的複製子,就會創造出一種突變洋葱菌菌株。

圖 | 三個複製子,來源:Nature Microbiology
研究人員分別在肺部感染小鼠和豌豆幼苗上測試了效果,發現突變菌株既不會加劇小鼠的感染狀況,又可以幫助植物抵抗苗期猝倒病,兩全其美。
這一發現讓研究小組非常興奮。對於人類來説,洋葱菌似乎有望“改邪歸正”。在自然條件下,洋葱菌等有益細菌可以和植物共生,如果真的不會導致人類疾病,那麼這種特性有望在未來農業可持續發展中發揮重要作用。
研究團隊目前正在探索抗生素Cepacin是否對害蟲有效,下一步就是探索突變洋葱菌菌株的實用價值,比如會不會對人類和環境造成其它負面影響,能否大規模轉變為一種安全的生物農藥,最終使現代農業和糧食生產更加安全、健康和環保。
生物農藥將成為未來農業發展的一大趨勢,而被基因編輯“馴服”的洋葱菌,則成為了這條路上的先驅之一。
原文:http://www.agrogene.cn/info-5507.shtml