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艾德思:利用CRISPR做抗病毒研究看完这个你可能要犹豫一阵了

论文润色 | 2019/06/24 14:21:24  | 231 次浏览

双生病毒 ,是一类世界范围内广泛存在的单链环状DNA病毒,在全球小麦/玉米/木薯/番茄和棉花等重要的粮食和经济作物上造成毁灭性危害,已成为世界上记录最早/种类最多的植物病毒.

开发具有双生病毒抗性的作物品种,使解决病害/提高作物产量/保证粮食安全的重要手段,然而在这方面始终未能取得突破.

最近,有研究将 CRISPR/Cas9基因编辑系统 转移到植物中,以靶向双生病毒,并期望赋予植物对双生病毒的免疫力.

近日, 苏黎世联邦理工大学 的研究人员在 Genome Biology 杂志发表了题为: Linking CRISPR-Cas9 interference in cassava to the evolution of editing-resistant geminiviruses 的研究文章.

研究人员希望通过CRISPR/Cas9技术解决主要粮食作物 非洲木薯 中广泛存在的非洲木薯花叶病毒 (ACMV) 感染 问题,非洲木薯花叶病毒是双生病毒的一种,而非洲木薯是非洲最重要的粮食作物.

通过CRISPR/Cas9靶向非洲木薯花叶病毒 (ACMV) ,结果表明, CRISPR/Cas9转基因植物未能获得有效的双生病毒抗性 ,而且CRISPR/Cas9的使用导致出现了一种新的保守突变病毒,其不能被CRISPR/Cas9切割.

该研究表明, CRISPR/Cas9的应用反而 加快了双生病毒的进化 , 可能会带来重大生物安全风险 .

因此, 应严格审核/谨慎对待CRISPR/Cas9进行植物病毒抗性的应用,以避免诱导进化出抗性病毒.

 

双生病毒 在全球 小麦 / 玉米 / 木薯 / 番茄 和 棉花 等重要的粮食和经济作物上造成毁灭性危害,已成为世界上记录最早/种类最多的植物病毒.然而,在开发对这些高度多样化的DNA病毒具有抗性的作物品种方面始终没有取得有效进展.

源自细菌和古菌的CRISPR/Cas9系统,本是细菌和古菌对付病毒入侵的防御工具,因此,使用CRISPR/Cas9系统靶向双生病毒,赋予植物对双生病毒的免疫力,是一个很有希望的研究思路.

在这项研究中,研究人员选取了被双生病毒感染问题困扰已久的非洲木薯,希望获得抗病毒的非洲木薯.

非洲木薯 产量巨大/种植方便,几乎不用管就能获得好收成,因此虽然不好吃,但逐渐成为非洲最主要的粮食作用.也成为解决非洲饥荒问题的法宝.

 

感染木薯花叶病毒的木薯

 

使用CRISPR/Cas9技术构建抗病毒非洲木薯的策略

然而,这项研究结果表明,在温室接种过程中,CRISPR/Cas9系统并没有如预期的那样赋予非洲木薯有效的病毒抗性.33%至48%的经过CRISPR/Cas9基因编辑后的病毒基因组 进化出一个保守的单核苷酸突变 ,该突变赋予病毒对CRISPR/Cas9切割的抗性.

也就是说,非洲木薯花叶病毒在CRISPR/Cas9基因编辑的选择压力下, 进化出了一种可遗传的突变病毒株,这种突变病毒可以逃过CRISPR/Cas9系统的切割作用 .

研究人员在模式植物 本生烟 ( Nicotiana benthamiana )中进一步研究了该突变病毒株,发现这一新型突变病毒的复制依赖于野生型病毒的存在.也就是该突变病毒还不能单独存在和传播.

基于这些研究结果,该研究团队认为,虽然研究中出现的抗性病毒不具有独立感染能力,但是这种突变体可能是真正致病的新型病毒发展的中间过渡态.应当 优化使用CRISPR/Cas9来构建抗病毒植物的策略,以减少抗性病毒出现的可能性.

对于这一研究发现, Nature 子刊 Nature Biotechnology 杂志发表了题为: CRISPR–Cas9 strikes out in cassava 的评论论文.

 

该评论论文认为,在2016年,已有研究使用CRISPR/Cas9技术成功构建了抗褐色条纹病毒的非洲木薯,褐色条纹病毒是一种RNA病毒,双生病毒具有和 RNA病毒相似的突变率,并且极易发生重组.研究中出现的单碱基突变病毒株可以自发产生,作者没有研究这种缺陷型突变株重组回正常野生型的可能性.

作者在研究中只是用了单一的sgRNA,没能更充分地研究Cas9对植物病毒的编辑潜力.而且也未能证明抗性病毒的出现可能是由于Cas9或sgRNA表达不足所致.

因此, Nature Biotechnology 杂志评论论文认为,这项研究的作者称CRISPR/Cas9基因编辑触发病毒的进化,有些危言耸听,而且过于笼统.

但同时,该评论论文认为,这项研究结果是新颖的,这是首次在 转基因木薯植物研究过Cas9介导的对非洲木薯花叶病毒基因组的切割.而且 作者使用深度测序可以在长达8周的时间内对Cas9活性的影响进行详尽的评估,这也是前所未有的.

这项工作大大增加了我们对植物中发生的变化的理解,虽然存在一些不足之处,但怎样检测这些转基因植物确实是一个重要问题,根据这项研究结论, 它们 可能会加速病毒基因组的进化 .

因此,应当认真评估有可能加速病毒进化的技术的实施,以防止可能带来的重大的生物安全风险.

 

 

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