Nature Reviews Bioengineering新悖论：提高作物性能的病毒

时间：2024年9月12日

来源：AAAS

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人类、牲畜和伴侣动物受益于基于病毒的疫苗和基因疗法，但作物却没有。西班牙国家研究委员会(CSIC)植物分子和细胞生物学研究所(IBMCP)领导的一个国际研究小组在著名的《自然评论生物工程》杂志上发表的一篇文章中强调了这一悖论。这项研究提出了一个使用减毒病毒提高作物性能的路线图，使它们更能抵抗极端和不断变化的气候条件，或者生产膳食补充剂以改善人类营养。这组作者说，这是一种比农用化学品更有效、更可持续的替代品，而且比传统的育种方法更快。

这篇文章是“食品的未来”系列的一部分，其中主要期刊“自然评论生物工程”和“自然食品”讨论了工程食品技术的技术进步和机遇。“我们的文章提出了发人深省的观点，让读者面对矛盾的情况，”IBMCP的CSIC研究员、该研究的主要作者法比奥·帕辛(Fabio Pasin)透露。这组作者提出，基于对植物无害的减毒病毒的病毒载体可以用来将特定基因引入作物，从而改善它们的农艺性状。这些病毒载体可用于诱导植物开花和加速收获;发展改良作物品种;修改厂房结构，以方便机械化;提高抗旱能力;或产生对人体健康有益的代谢物，以及其他应用。

使用减毒病毒可能是获得所需植物性状的最佳途径。“想象一下，使用一台没有连接到互联网的电脑，每次你需要软件更新，你都必须买一台新电脑，”Pasin博士解释道。他解释说:“我们的想法是把病毒当作u盘:你把它连接到电脑上，安装更新，然后继续使用它。”Pasin博士解释说:“这些载体可以通过CRISPR-Cas组件进行精确的基因组编辑，以实现农艺学性状的遗传改进，例如小麦的谷物长度和重量或西红柿的果实颜色。”“此外，病毒载体的应用允许暂时的改进，由于它们的快速发展和验证，提供了一个有吸引力的替代农用化学品用于更有效和可持续的农业生产系统，”CSIC的研究人员保证说。

人类、牲畜和宠物，但不包括植物

尽管有这些优势，但作者指出了几个矛盾之处:人们认为重组病毒用于人类(例如对抗COVID-19)和兽医疫苗接种是安全的，但没有登记农业用途。人类和家畜可以从基于重组病毒的基因疗法中获益，但作物却不能。重组病毒可以释放到环境中，使狐狸、浣熊或土狼等野生动物免疫，从而在欧洲和美国控制狂犬病，但它们的农业用途仍然没有得到批准，甚至在高度封闭的环境中也没有。

实施它需要什么?

考虑到这些优势，这项新技术能应用于农作物吗?一个障碍是监管问题。在一种允许使用病毒载体对植物进行即时改良的瞬时传递方法中，科学家们看到了一定的差距。Pasin博士解释说:“这是一种新型产品，类似于农用化学品，但它是生物产品，目前市场上还没有农业用途的同类产品，所以我们没有先例，需要当局进行彻底的分析。”他认为，利用重组病毒实施确保生物控制的方法，以及优先考虑用于动物饲料、纺织纤维、生物燃料或观赏目的的作物，可以加快这一进程。

CSIC研究

在植物中，病毒载体技术正处于深入研究阶段，其有效性已在实验条件下得到证实。在CSIC，研究人员优化技术平台，以加速基于病毒载体的农业应用的开发和验证，实现与未来工业规模生产兼容的合成生物学方法。此外，他们探索利用病毒载体来改善作物的农艺特性，如西红柿。