微生物与RNA – 原来现代农业还有这种操作!?

来源: 孟山都公司

现代农业科技是提升农业生产力、减少环境压力和节约自然资源的重要方式。说起现代农业技术,大多数人首先想到的恐怕都是大型高效的农用机械和基于数据科学的精准农业。很少人知道,原来微生物也在默默为作物收成做出贡献。有一些“好的”细菌和真菌可以促进植株生长,并让作物更健康。于是乎,作物“益生菌”应运而生。

作物“益生菌”

事实上,微生物制剂的概念早在上世纪20年代就已出现。如今,商品化的微生物制剂主要有四大类,用于种子处理、土地翻耕或撒播。

如今,科学家现在正在开发可以增强植物抗逆的产品,比如抗旱。通过生物制剂处理,植物误以为受到了胁迫,开启自然防御机制,生物制剂由此可以帮助作物在高温或缺水条件下更好地生存。其他几类生物制剂产品包括增加营养吸收、刺激植物生长或提供生物防治保护等。

生物制剂由此可以帮助作物在高温或缺水条件下更好地生存

*图片来源:孟山都公司

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小小RNA,也有大作用

还有一种比微生物还要微小的物质,叫RNA(核糖核酸)。RNA存在于大多数生物体中,主要功能是实现遗传信息在蛋白质上的表达,是遗传信息向表型转化过程中的桥梁。大多数生物体内都存在一种名为RNA干扰的机制,也就是通过小RNA特异性剔除或关闭特定基因的表达,可以调节特定基因的表达。

2015年,一种转基因绿苹果在美国得到监管部门的批准,该产品就是利用RNA干扰技术关闭了一个苹果褐变基因的表达,使切开后的苹果保持原有的颜色,有助延长货架期,减少食品浪费。而在这之前,一种利用RNA干扰机制来抵抗环斑病毒的转基因木瓜,则拯救了整个夏威夷木瓜行业。

可别小瞧了RNA,它的能耐远不止这些。早在2007年,美国科学家就发现玉米细胞内表达的特定序列小RNA能够通过害虫的取食途径而进入害虫体内。于此同时,中国科学家发现了棉铃虫耐受棉酚毒性的关键基因。两项研究不约而同地想到了将特定序列的双链RNA转入植物体中,通过害虫取食转基因植物的行为而进入害虫体内,然后引发RNA干扰机制,抑制害虫体内重要基因的表达,即能够保证精准的抗虫效果,又不会伤及其它生物。

十年过去了,科技成果开始转化为生产力:美国环保署在2017年6月刚刚批准了采用RNA干扰技术(RNAi)的抗虫转基因玉米性状,为这一新科技的商业化铺平道路。RNA干扰在常规的Bt蛋白基础上引入了全新的抗虫机制,有效延缓害虫抗性的产生。

喷一喷,就能驱虫抗旱?

将RNA干扰技术引入植物体内属于基因工程,因为这是在基因层面对作物进行改良。科学家又想,如果并不改变作物基因组序列,只是简单地将RNA喷到植物上呢?

RNA干扰技术(RNAi)

*图片源自网络

如果开发一种能够渗透植物细胞的喷雾制剂,制剂中的RNA就会在细胞内发挥作用,阻断某些特定植物基因的功能,比如与耐旱相关的基因。由RNA干扰引起的基因功能沉默效应只会持续几天或者数周,这就意味着只需要在特定的缺水时期喷施具有抗旱功效的RNA制剂,而不会影响作物正常表现。未来,这项技术也许会为农民带来更多的选择。

随着现代农业技术的发展,RNA干扰以及更多的技术将逐渐走向市场,为农民和消费者服务。

参考信息:

[1] http://www.monsantobioag.com/global/us/Documents/the-plant-microbiome.jpg
植物微生物组

[2] https://www.agweb.com/article/tiny-organisms-giant-impact-naa-sonja-begemann/
老技术、新发展

[3] http://wap.agrogene.cn/info-3155.shtml
基因农业网:给作物来点“益生菌”

[4] http://www.monsantobioag.com/global/us/Products/Pages/default.aspx#
农业生物制剂联盟

[5] http://www.nature.com/nbt/journal/v25/n11/abs/nbt1359.html
Monsanto RNAi抑制WCR Nature文章

[6] http://www.nature.com/nbt/journal/v25/n11/abs/nbt1352.html
陈晓亚 棉铃虫防治Nature文章

[7] https://www.regulations.gov/document?D=EPA-HQ-OPP-2014-0293-0398
EPA批准含有双链抗虫RNA的玉米MON 87411

[8] http://www.agrogene.cn/info-2726.shtml
孟山都的野心:抗虫,喷喷小RNA即可-基因农业网

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