IGI 研究人员正在使用 CRISPR 改变主要作物木薯，使其更安全、更容易食用。
Michael Gomez 和他的哥伦比亚家庭一起吃木薯长大。 现在他正在编辑它 基因.
“我在成长过程中就知道它是 'yuca'。 这是我们饮食的重要组成部分。 当我有机会种植一种我经常和家人一起食用的作物时，我认为这是一个很棒的机会，” IGI Staskawicz 实验室的博士后 Gomez 说。
木薯有很多名字：yuca、manioc、muhogo、tapioca。 来自木薯块根的淀粉制成了波巴茶中的耐嚼珍珠、木薯布丁中的团块，并且它存在于各种无麸质产品中。 在世界范围内，它是最重要的块根作物之一。
“全世界大约有 40 亿人依赖木薯作为热量来源，其中包括大约 XNUMX% 的非洲人。 木薯在美国并不是真正的主食，但在世界许多地方，特别是在热带地区，它是一种非常重要的作物，”该项目的首席研究员杰西卡·莱昂斯 (Jessica Lyons) 说。 木薯基因组编辑项目 在IGI。
木薯很重要，但它也有一个内在的问题，激发了 IGI 团队的研究：氰化物。 木薯根自然产生氰化物的前体。 随着时间的推移，食用氰化物会产生从微妙的认知问题到 konzo 的影响，这是一种严重的疾病，其特征是腿部突然和不可逆转的瘫痪。
适当的加工可以去除木薯中的氰化物，但很多人吃的是加工不当的木薯。 这是一个问题，特别是在经历过干旱、饥荒和不稳定的撒哈拉以南非洲部分地区。 在人们不容易接触到的地方，毒性的影响更严重 蛋白质 在他们的饮食中，这有助于解毒氰化物并减轻其影响。
除了对健康的影响之外，从木薯中去除氰化物所需的加工过程也是主要落在女性身上的负担。 工业加工既耗能又会产生含氰化物的废水。
“如果我们能够从一开始就阻止氰化物的产生，那么对于家庭，主要是从事这项工作的女性来说，处理过程就会变得更快、更容易，”Lyons 说。
木薯中的基因组编辑
为了使无氰木薯成为现实，Lyons、Gomez 和 IGI 的研究人员团队正在使用 CRISPR 基因组编辑 阻止氰化物的产生。
“我们与密苏里州圣路易斯的丹佛斯植物科学中心合作，首先应用 CRISPR 来设计对东非和中非一种名为木薯褐条病的问题疾病的抗性，”戈麦斯说。 “我们使用 CRISPR 来靶向两个特定基因，结果显示症状的严重程度和发生率有所降低。”
“当你进行杂交时，就像把所有好的和坏的性状都扔到空中，你无法控制你得到的东西……CRISPR 比传统育种快得多，而且很精确。”
对于 IGI 团队和丹佛斯中心的合作者来说，转向氰化物是合乎逻辑的下一步。 木薯中氰化物的生物合成途径已经被很好地理解，这提供了路线图 基因组 编辑。 此外，其他研究人员表明，可以使用一种称为 RNA 干扰 (RNAi) 并显着降低氰化物水平。
“基因组编辑比 RNAi 更干净。 它提供了完全的敲低，并使基因组发生了稳定且可遗传的变化，”Lyons 说。
理论上，传统的育种技术可以去除氰化物——尽管在 7000 多年的驯化中还没有发生。 从木薯中培育出不需要的特性的一个挑战是，它通常是从茎插条中生长出来的，产生亲本植物的克隆。 传统方法涉及杂交育种具有理想特性的植物并从种子培育后代。
“木薯育种需要很长时间，而且植物并不总是同时开花。 当你做一个杂交时，就像把所有好的和坏的特征都扔到空中，你无法控制你在后代身上得到的东西。 CRISPR 比传统育种快得多，而且非常精确，”Lyons 说。
木薯的下一步是什么
当 IGI 团队讨论他们的木薯工作时，他们经常被问到一个关键问题：木薯中的氰化物是否有用途？
“它可能在反食草动物方面发挥作用，阻止一些昆虫和动物。 然而，许多害虫已经进化到能够耐受这种毒素，有些甚至被它吸引。 它对害虫抗性有多重要？ 通过敲除该途径，我们现在有办法科学地研究氰化物所起的作用，”戈麦斯说。
农民还需要一段时间才能获得不含氰化物的木薯品种。 首先，需要与非洲的合作组织进行实地研究，而且研究并不仅仅局限于一种。
“由于口味、早熟、高产量等原因，世界不同地区的农民可能会选择种植一种品种而不是另一种。 我们希望保留这种多样性，”Lyons 说。 “基因组编辑的美妙之处在于我们可以开发这种方法，然后将其应用于其他品种。 我们正在创建平台，然后我们可以扩展到农民喜欢的其他品种。”
由于 国际作物生命 和 美国种子贸易协会 用于在上面的视频中分析这项研究。
