@ 2017.03.15 , 15:00

小分子助益未来全球食品安全

美国亚利桑那大学的研究人员提出了一种防止每年数以百万吨真菌感染农作物损失的方法,可能极大提高特别是发展中国家的食品安全水平。该团队的方法是培育转基因玉米,产生RNA分子,阻止黄曲霉毒素的产生。黄曲霉素是一种剧毒物质,小剂量即可致使整片庄稼无法食用。

该研究结果显示,这种转基因玉米在感染霉菌的情况下,能够将产生的毒素水平抑制在检出限之下,但在世界范围推广之前还需要更多的田间试验。

[-]
这种转基因玉米虽然感染了曲霉菌,但并不会产生黄曲霉毒素,因为它的RNA分子防御链阻断了霉菌的毒素产生机制。

全世界的农作物都容易被各种各样的曲霉菌感染,而曲霉菌能产生一种叫做黄曲霉毒素的二次代谢产物。这种化合物会导致小儿发育障碍,增加肝癌风险,使人们更容易感染艾滋病和疟疾等疾病。在美国,所有民用作物都必须经过黄曲霉毒素水平检验,一旦接近十亿分之二十(等价于80立方米的池子中一滴水)就会被焚毁。但在许多发展中地区,特别是非洲,并没有这样的测试。研究主管、亚利桑那大学植物科学学院助理教授、亚利桑那大学BIO5协会会员Monica Schmidt提到,在这些地方甚至可以检测到十亿分之十万的毒素水平,“黄曲霉毒素是地球上最强大的毒素之一,这种毒素通常不会立刻杀死人,但会令人生病。”

Schmidt和她的团队曾受到盖茨基金会的资助,研究名为RNA干扰的自然免疫机制对曲霉菌毒素的对抗作用。这种方法建立在其他研究者在传染过程的研究发现基础上,叫做宿主诱导的基因沉默(HIGS),是指在宿主(如植物)细胞中表达病原菌基因双链RNA(double strand RNA,dsRNA),以提高植物抗病性。(在植物中表达的dsRNA及其形成的干扰小RNA(small interfere RNA,siRNA)分子,被侵染植物的病原菌摄入后,通过碱基互补配对与其对应靶基因mRNA结合,干扰靶基因的转录和翻译,从而抑制病原菌的侵染和扩展,使植物表现为抗病。因此,宿主诱导的基因沉默具有靶点特异、抗性稳定的特点。)Schmidt说:“在我看到这种技术的报导之时,我就想,何不做一个特洛伊木马将毒素阻断呢?我们于是设计了一种玉米的DNA结构,这种结构能在植物感染霉菌的时候将RNA送进霉菌。”

[-]
转基因玉米与非转基因的对比

这种改良的玉米携带了一种RNA分子的基因蓝图,每个只有20对碱基的长度,但只存在于玉米的可食用芯,并不是整个植株。Schmidt解释道:“这种玉米在玉米芯的整个成长过程中不断产生这种RNA,当玉米芯感染霉菌,RNA就会转移到霉菌内部。”一旦进入霉菌细胞中,发夹状的RNA分子与霉菌的RNA中的相应靶序列配对,而这些序列正是毒素合成过程中必需酶的遗传密码,这个过程叫做RNA干扰。这就导致毒素合成过程的中断,但在其他方面不会影响霉菌,因而霉菌会继续在玉米上生长,不过此时霉菌已经近乎无害了。

[-]
图为被霉菌感染的玉米棒及感染部位。虽然非转基因和转基因的玉米芯证实两者均被感染,但转基因玉米并没有积累毒素。红点为研究者标注的感染区,据此决定毒素水平。

当前防止食物中黄曲霉毒素的方法中,HIGS方法具有独到的优势:它可以阻止霉菌在作物生长过程中产生毒素,而非在作物收割存储之后再采取措施。后者如利用太阳能风扇从仓库中抽取空气或者将作物储存在巨大的近乎真空环境中以抑制霉菌的产生。美国农业局植物病理学家、亚利桑那大学植物科学学院研究员Peter Cotty提出了另一种方法:用不产生黄曲霉毒素的霉菌菌株喷洒作物,以此阻止其他致病霉菌感染植物。其他研究人员还尝试培育多种能自行产生抗真菌蛋白质的玉米,但由于已知的抗真菌蛋白质为数较少,这些努力得到的成果有限。由于HIGS方法具有高度的明确性和靶向性,极富发展前景,未来也可能用于其他玉米,Schmidt解释道。

实验中,研究团队用霉菌感染玉米植株,任其生长一月。实验结果显示,未处理的控制对照组黄曲霉毒素水平达到十亿分之一千到十亿分之一万,而无法检测到转基因植物的毒素。Schmidt说:“检测的下限并不是零,但是已经低到安全食用的程度。”

研究团队进一步对内核中的整体基因表达进行了研究,以检查是否存在其他的副作用。该项工作由亚利桑那大学植物科学学院的Rod Wing的实验室负责,对非转基因控制内核和转基因内核之间数以千计的RNA转录进行了比较。研究团队并未发现转基因和非转基因内核之间基因表达的任何显著差异,“这种玉米植株将会跟其他玉米一样,唯一的区别在于它能够阻止毒素产生。目前看来应该没有什么问题,但很显然,在大范围种植之前还要进行更多的测试。”

Schmidt和她的团队选择在公开杂志科学进展上发表自己的成果,因为“我们想要让任何能够上网的人都能接触到我们的成果,特别食品安全形势严峻的非洲。”

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


给这篇稿打赏,让译者更有动力 !
支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

2.9
赞一个 (9)

24H最赞