RNA突破创造了可以多种植50%马铃薯和水稻的作物

芝加哥大学、北京大学和贵州大学的一组科学家宣布，操纵 RNA 可以使植物产生更多的作物，并提高耐旱性。在最初的试验中，在田间试验中，在水稻和马铃薯植物中添加一种编码 FTO 蛋白质的基因，使它们的产量提高了 50% 。该植物生长显著较大，产生更长的根系统，并能更好地耐受干旱胁迫。分析还表明，这些植物的光合作用速率有所提高。

“变化确实是巨大的，”芝加哥大学教授和川教授说，他与北京大学的贾桂芳教授一起领导了这项研究。“更重要的是，到目前为止，它几乎适用于我们尝试过的所有类型的植物，而且这是一个非常简单的修改。”

研究人员对这一突破的潜力充满希望，尤其是在全球范围内面临气候变化和其他作物系统压力的情况下。

“随着全球变暖的进行，这确实为工程植物提供了潜在改善生态系统的可能性，”何说，他是化学、生物化学和分子生物学的约翰·T·威尔逊杰出服务教授。“我们在很多方面都依赖植物——从木材、食物和药物，到花卉和石油——这可能提供了一种增加我们可以从大多数植物中获得的库存材料的方法。”

大米轻轻一推

几十年来，面对日益不稳定的气候和不断增长的全球人口，科学家们一直致力于提高作物产量。但是这样的过程通常很复杂，而且往往只会导致增量变化。

这一发现的产生方式完全不同。

我们中的许多人都记得高中生物学中的 RNA，在那里我们被教导 RNA 分子读取 DNA，然后制造蛋白质来执行任务。但在 2011 年，他的实验室通过发现基因在哺乳动物中表达的不同方式的关键，开辟了一个全新的研究领域。事实证明，RNA 并不是简单地读取 DNA 蓝图并盲目执行;细胞本身也可以调节蓝图的哪些部分得到表达。它通过将化学标记物置于 RNA 上来调节制造哪些蛋白质以及制造多少蛋白质来实现这一点。

他和他的同事立即意识到这对生物学具有重大意义。从那时起，他的团队和世界各地的其他人一直试图充实我们对这一过程及其对动物、植物和不同人类疾病的影响的理解;例如，他是一家生物技术公司的联合创始人，目前正在开发基于靶向 RNA 修饰蛋白的新型抗癌药物。

他和前芝加哥大学博士后研究员、现北京大学副教授的贾桂芳开始怀疑它是如何影响植物生物学的。

他们专注于一种名为 FTO 的蛋白质，这是第一个已知的蛋白质，可以擦除 RNA 上的化学标记，贾在芝加哥大学何氏团队担任博士后研究员时发现了这种蛋白质。科学家们知道它作用于 RNA 来影响人类和其他动物的细胞生长，因此他们尝试将其基因插入水稻植株中——然后惊讶地看着植物起飞。

“我认为那时我们所有人都意识到我们正在做一些特别的事情，”他说。

在实验室条件下，水稻植株长出三倍多的水稻。当他们在实际的田间试验中进行试验时，植物的质量增加了 50%，水稻产量增加了 50%。它们长出更长的根，更有效地进行光合作用，并且能够更好地抵御干旱带来的压力。

科学家们用马铃薯植物重复了这些实验，这些植物属于一个完全不同的家庭。结果是一样的。

“这表明了某种程度的普遍性，非常令人兴奋，”他说。

科学家们花了更长的时间才开始了解这是如何发生的。进一步的实验表明，FTO 在工厂开发的早期就开始发挥作用，提高了其生产的生物质总量。

科学家们认为 FTO 控制着一个称为 m6A 的过程，它是 RNA 的关键修饰。在这种情况下，FTO 通过擦除 m6A RNA 来消除一些告诉植物减慢和减少生长的信号。想象一条有很多红绿灯的道路;如果科学家们遮住红灯而离开绿灯，就会有越来越多的汽车沿着道路行驶。

总体而言，修饰植物产生的 RNA 明显多于对照植物。

修改流程

本文中描述的过程涉及在植物中使用动物 FTO 基因。但是一旦科学家们完全理解了这种增长机制，他认为可能有其他方法可以获得同样的效果。

“似乎植物已经有了这层监管，我们所做的就是利用它，”他说。“所以下一步将是发现如何利用植物现有的遗传学来做到这一点。”

他可以想象未来的各种用途——他正在与大学和波尔斯基创业与创新中心合作，探索各种可能性。

“除了食物之外，气候变化还有其他后果，”何说。“也许我们可以在受威胁的地区设计能够抵御干旱的草。也许我们可以教中西部的一棵树长出更长的根，这样它就不太可能在强风暴中倒塌。有很多潜在的应用。”

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