陈根：操纵植物RNA，大幅提高植物产量

文/陈根

在气候条件迅速变化的情况下，粮食安全是一个重大的潜在问题。尽管由于绿色革命和植物育种技术的进步，目前的农作物产量可以为大多数人口提供充足的粮食，但由于气候变化和耕地有限，农作物产量似乎处于停滞甚至下降的状态。要养活100亿全球人口，就需要将产量提高60％。

因此，提高农业生产率和可持续性对整个世界至关重要。这就需要提高植物对生物或非生物胁迫的抗逆性，改善品质性状，提高作物的产量和营养价值，需要作物生产中的科学突破和技术创新，以确保未来的全球粮食安全。基因编辑将彻底改变植物育种，并有助于确保全球粮食供应。

今年6月24日，《细胞》曾在线发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所（以下简称基因组所）研究员黄三文团队的杂交马铃薯基因组设计成果。研究人员依靠基因组设计育种，从本质上彻底改造了马铃薯，培育出第一代杂交马铃薯“优薯1号”，让它也可以像水稻、玉米、小麦那样用种子繁殖后代。

现在，有研究人员称，他们发现操纵植物中的RNA，可以大大增加它们的产量，并让它们变得更加耐旱——研究小组在最基本的水平上将一种叫做FTO的单一基因插入到土豆和水稻植株中，结果显示，土豆和水稻植株长得更大、产量也更高。

事实上，该研究小组此前就发现，由FTO基因编码的FTO蛋白抹去了RNA上的化学标记，而这反过来又可以调节DNA的表达。在这些植物的例子中，清除这些RNA标记可以减少从它们发育的早期阶段就开始告诉植物放慢生长的信号。因此，转基因植物能比对照植物产生更多的RNA，进而转化为更高的生物量。

更重要的是，这项技术在水稻和马铃薯植株上取得了相似的结果，这两种作物并不是特别密切相关。实验中，土豆和水稻植株在实验室中产量提高了3倍，在田间产量提高了50%。另外，它们还能长出更长的根系，而这有助于它们更好地忍受干旱。

这意味着，它可以在广泛的植物中发挥作用并提高它们对气候变化挑战的抵抗力。目前，这一过程涉及将动物的FTO基因插入到植物。但研究人员表示，未来的版本可能会绕过这一步从而避免有争议的转基因标签，成为一种不同于转基因和CRISPR基因编辑的全新的方法。