该项目旨在展示 CRISPR 如何帮助马铃薯农民将更多食物摆上餐桌并阻止威胁作物的病毒。
如果你曾经在厨房柜台上放过一个土豆，或者你已经看到马特达蒙的角色如何在 火星，您将了解从一个马铃薯种出更多马铃薯是多么容易。 某些作物植物（如马铃薯）不需要从种子中生长，它们可以从称为块茎的可食用根部分进行无性繁殖。 根据加州大学戴维斯分校植物科学助理教授 Imtiyaz Khanday 的说法，虽然用块茎种植马铃薯很容易，但这对农民来说也是一个问题——而且 CRISPR 可以提供解决方案。
2021年的获得者 Shurl & Kay Curci 基金会 (SKCF) 教师学者计划奖 在 IGI 中，该奖项支持早期职业教师在前沿研究方面的大胆想法，推动前沿研究的发展 基因组学, Khanday 正在开发使用种子进行无性繁殖马铃薯的新方法。
“土豆通常是从块茎中种植出来的。 你把一个土豆切成两半，然后种植它，这就是你种植它们的方式。 通过种植这些块茎，我们基本上是将 10% 的可食用食物埋在地下，”Khanday 说。
块茎种植还有其他几个缺点，包括传播 病毒 和其他害虫。 通过使用块茎，在一代中感染植物的病毒会随着时间的推移而积累。 攻击马铃薯的病毒会毁掉庄稼，并威胁到许多社区的重要营养和收入来源。
农民使用块茎方法有一个关键原因：它让他们可以控制他们种植的马铃薯品种。 马铃薯有 4000 多个品种，农民希望种植特定的首选品种。 当您从块茎中种植马铃薯时，您将获得亲本马铃薯的克隆。 当你从一粒种子中成长时，你会得到混合 基因 来自两种植物。
“马铃薯具有高度杂合 基因组，这意味着如果您从种子中种植它，几乎每种种子都会产生不同种类的马铃薯。 但如果你能制造出母株克隆的种子，那么你就可以规避这个问题，”Khanday 说。
一些植物已经通过一种称为“无融合生殖”的现象做到了这一点，在这种现象中，可无性繁殖的种子无需施肥即可。 每颗种子都是母株的精确副本。 但除了一些柑橘类水果，没有任何主要粮食作物以这种方式自然繁殖。
“这种繁殖形式的潜力早已为人所知，并且对此进行了大量研究长达四十多年。 过去三年真的很紧张，我们试图利用这种自然的克隆繁殖方式来繁殖作物——但没有任何效果。”
Khanday 乐观地认为，CRISPR 是一种新的改良马铃薯的关键，它基于先前在水稻中的研究，其中 CRISPR 基因组编辑 能够通过激活鸡蛋中的基因成功激活无融合生殖 细胞 称为婴儿潮，通常来自精子。
“要是我们 特快 这种基因在卵细胞中通常不表达，你可以完全去除精子细胞，用卵细胞本身制造胚胎，”Khanday 解释说。
水稻和马铃薯并不是密切相关的植物——一种是草，另一种是茄属植物——所以 Khanday 的第一步是确认在水稻中起作用的东西在马铃薯中仍然适用，由于 SKCF 奖，这项工作现在成为可能以及与其他 IGI 调查员合作的机会。
“当谈到土豆时，我们基本上是在进行有根据的猜测，并认为这条途径的运作方式完全相同。 我们将不得不进行实验，证明它确实如此，然后才能继续进行，”Khanday 说。
如果一切按计划进行，结果将是一种马铃薯——实际上是任何品种的马铃薯——可以从种子中重新种植，并年复一年地保持其特性。 这将阻止食物浪费，消除块茎中携带的病毒，改善农业社区的健康，并将钱放回农民的口袋。
“在一些发展中国家，农民每年购买的新块茎相当于生产成本的 40%。 这将随着种子繁殖而急剧下降，”Khanday 说。 “你可以只保留前一年的一点种子，明年将其用于繁殖。 它将与您之前种植的杂交品种基本相同。”
