35斗（微信号：vcearth）获悉，日本研究人员首次编辑了植物线粒体DNA，这可能会带来更安全的食物供应。

核DNA于20世纪70年代初首次编辑，叶绿体DNA于1988年首次编辑，动物线粒体DNA于2008年编辑。然而，此前没有任何成功编辑过植物线粒体DNA的案例。

研究人员用他们的技术培育了四种水稻新品种和三种油菜籽新品种。

“当我们看到水稻更有礼貌的时候，我们就知道我们成功了——它深深地鞠了一躬。”

Arimura是东京大学的植物分子遗传学专家，他领导的研究小组的研究结果发表在《Nature Plants》杂志上。东北大学和田川大学的合作者也参与了这项研究。

研究人员希望利用这项技术来解决目前作物线粒体基因多样性缺乏的问题，这是粮食供应中一个潜在的毁灭性弱点。

1970年，一种真菌感染来到德克萨斯州的玉米农场，玉米线粒体中的一种基因加剧了这种感染。农场里所有的玉米都有相同的基因，所以没有一种玉米对感染有抵抗力。那年，美国15%的玉米作物被铲除。自那以后，带有这种线粒体基因的玉米就再也没有种植过。

“我们现在仍然有很大的风险，因为世界上使用的植物线粒体基因组技术太少了。我想利用我们操作植物线粒体DNA的能力来增加多样性，”Arimura说。

杂交植物是两个基因不同的亲本亚种的第一代后代，通常更耐寒，产量更高。

大多数农民不会把收获的种子留到明年再播种，为了确保农民每个季节都有新鲜的第一代杂交种子，农业供应公司使用两种不同的亲本亚种通过单独的育种过程生产种子。这些亲本中有一个是雄性不育的——它不能制造花粉。

研究人员将一种常见的植物雄性不育称为细胞质雄性不育(CMS)。CMS是一种罕见但自然发生的现象，主要由线粒体而不是细胞核中的基因引起。

绿豆、甜菜、胡萝卜、玉米、洋葱、牵牛花、油菜籽油、大米、黑麦、高粱和向日葵都可以用患有cms型雄性不育的亲本亚种进行商业化种植。

除了绿色植物利用阳光产生大部分能量，通过绿色色素叶绿体的光合作用。然而，据Arimura说，叶绿体被高估了。

“大多数植物都不是绿色的，只有地上的叶子是绿色的。而且很多植物半年都没有叶子，”Arimura说。

Arimura表示，植物通过与动物细胞产生能量相同的“细胞动力源”——线粒体——获得相当大一部分能量。“没有植物线粒体，就没有生命。” 

线粒体包含的DNA与储存在细胞核中的细胞主DNA完全分离。核DNA是一种从双亲遗传而来的长双螺旋遗传物质。线粒体基因组是圆形的，包含的基因要少得多，主要是由母亲遗传的。

动物线粒体基因组是一个相对较小的分子，包含在一个单环结构中，物种间具有显著的保守性。

植物线粒体基因组则是另一回事。“相比之下，植物线粒体基因组是巨大，结构更加复杂，有时被复制的基因，基因表达机制不是很好理解。在我们之前的研究中，我们观察到，他们与其他线粒体融合交换蛋白产品然后再独立。“Arimura说。

为了找到一种操控复杂植物线粒体基因组的方法，Arimura求助于熟悉水稻和油菜籽CMS系统的合作者。先前的研究表明，在水稻和油菜籽两种植物中，CMS存在原因是水稻和油菜籽中含有单一的、与进化无关的线粒体基因。

Arimura的团队采用了一种技术，该技术之前已经编辑过在培养皿中生长的动物细胞的线粒体基因组。这项名为mitoTALENs的技术使用单一蛋白质定位线粒体基因组，将DNA切割成所需基因，并将其删除。

“虽然删除大多数基因会产生问题，但删除CMS基因能解决植物的问题。如果没有CMS基因，植物就会再次繁殖，”Arimura说。

研究人员创造的完全肥沃的四个新系列的水稻和三个新的油菜籽系列证明了mitoTALENs系统可以成功操控复杂的植物线粒体基因组。

“这是植物线粒体研究的重要一步。”Arimura说。

研究人员将更详细地研究负责植物雄性不育的线粒体基因，并确定可能增加急需多样性的潜在突变。

文章来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2019/07/190708112429.htm

（编译：苏艳）