曲霉菌每年讓大約1.6千萬噸玉米不能夠安全食用。然而，問題并不在于這種真菌本身，而在于它的真菌代謝物：黃曲霉素（aflatoxin）。黃曲霉素能夠給吃被曲霉菌感染的玉米的動(dòng)物和人帶來負(fù)面的健康影響。

利用RNAi盒培育出不含黃曲霉素的轉(zhuǎn)基因玉米

如今，在培育不含黃曲霉素的玉米的過程中，來自美國亞利桑那大學(xué)和亞利桑那州基因組學(xué)研究所的研究人員開發(fā)出一種靶向真菌基因aflC 上的三個(gè)區(qū)域的RNA干擾（RNA interference, RNAi）盒（RNAi cassette, 也譯作RNAi序列組件）。基因aflC編碼一種產(chǎn)生黃曲霉素所需的酶。當(dāng)被轉(zhuǎn)染進(jìn)玉米中時(shí)，這種RNAi盒降低被黃曲霉菌感染的玉米粒中的基因aflC表達(dá)，從而降低真菌黃曲霉素產(chǎn)生。這種宿主誘導(dǎo)的基因沉默方法的結(jié)果發(fā)表在2017年3月10日的Science Advances期刊上，論文標(biāo)題為“Aflatoxin-free transgenic maize using host-induced gene silencing”。

作為美國農(nóng)業(yè)部玉米宿主植物抗性研究小組的一名遺傳學(xué)家，Marilyn Warburton（未參與這項(xiàng)研究）在一封電子郵件中寫道， 盡管幾種種植、收集和儲(chǔ)存方法和殺真菌劑的使用能夠降低真菌感染，但是“對農(nóng)民而言，培育出抗性轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物（抵抗這種真菌感染和擴(kuò)散，或者阻止這種真菌產(chǎn)生黃曲霉素）在經(jīng)濟(jì)上是最有效的控制方法。” Warburton補(bǔ)充道，面臨的挑戰(zhàn)是“在容易被黃曲霉素污染的玉米或其他的農(nóng)作物中，尚未發(fā)現(xiàn)單個(gè)基因?qū)λ鼈兊目剐援a(chǎn)生較大的影響。常見的情形是，在很多基因當(dāng)中，每個(gè)基因具有較小的抗性影響”。

論文通信作者、亞利桑那大學(xué)植物科學(xué)助理教授Monica Schmidt起初是對降低花生中的黃曲霉素感興趣，但是“就全球而言，最大的挑戰(zhàn)是玉米也有這種黃曲霉素污染問題”。為了在玉米的某個(gè)感染時(shí)刻，抑制黃曲霉素產(chǎn)生，Schmidt和同事們設(shè)計(jì)出一種靶向基因aflC 中的三個(gè)區(qū)域的RNAi盒。基因alfC編碼的聚酮合酶（polyketide synthase）是在黃曲霉素合成的早期所必需的。他們的想法是通過靶向表達(dá)這種酶的真菌轉(zhuǎn)錄本中的三個(gè)區(qū)域，他們可能完全沉默這個(gè)長7kb的基因。Schmidt解釋道，“我們并不想要靶向一個(gè)區(qū)域，這是因?yàn)槿绻@樣的話，這個(gè)基因?qū)?huì)被截?cái)嘁稽c(diǎn)點(diǎn)，所編碼的酶盡管不能夠具有極好的酶活性，但是仍然能夠發(fā)揮作用。我們想要弄清楚這種轉(zhuǎn)錄本是否消失了。”

在美國路易斯安那州立大學(xué)研究玉米-黃曲霉菌相互作用的Zhi-Yuan Chen（未參與這項(xiàng)研究）說，靶向一個(gè)基因上的三個(gè)區(qū)域會(huì)“增加你取得成功的幾率”。

這些研究人員將這種RNAi盒導(dǎo)入到發(fā)育中的玉米粒內(nèi)，讓它們繁殖而培育出三種純合株系。所產(chǎn)生的純合株系表現(xiàn)出正常的生長和發(fā)育，但是在這三種轉(zhuǎn)基因株系中，他們并沒有在來自每種株系的表達(dá)RNAi盒的玉米粒中檢測到任何黃曲霉素。不過，他們的檢測方法的檢測極限大約為93ppb，這種檢測極限是美國食品藥物管理局（FDA）認(rèn)為黃曲霉素在動(dòng)物飼料中安全使用的20ppb限定值的4倍多。

Chen在引用這種報(bào)道的檢測極限時(shí)，說道，“當(dāng)你沒有檢測到黃曲霉素時(shí)，這不一定是不含黃曲霉素的。事情并不是如此簡單。”

其他的研究團(tuán)隊(duì)已試圖采取類似的宿主誘導(dǎo)的基因沉默方法，靶向多種不同的曲霉菌基因以便抑制黃曲霉素產(chǎn)生。美國華盛頓州立大學(xué)植物病理學(xué)教授Scot Howard Hulbert（未參與這項(xiàng)研究）說，“一種優(yōu)勢在于你挑選出你靶向的基因，因此如果它確實(shí)是一個(gè)必需基因，那么這種效應(yīng)可能是潛在持久性的。這種RNAi方法看起來它起作用了。”

抑制黃曲霉素產(chǎn)生僅解決與曲霉菌相關(guān)聯(lián)的眾多問題之一。它并不讓農(nóng)作物免受能夠影響產(chǎn)量的真菌腐爛病，因此研究人員繼續(xù)努力降低玉米和其他植物遭受的曲霉菌感染。Chen說，“為了真正地控制這個(gè)問題，你需要采用多種方法。”他補(bǔ)充道，宿主誘導(dǎo)的基因沉默“確實(shí)有潛力成為除生物控制之外的一種非常高效的黃曲霉素控制方法”。

Schmidt說，她的研究團(tuán)隊(duì)想要利用這種方法靶向其他的破壞農(nóng)作物的毒素。