研究中心绘制了农作物中关键的气候基因图谱

几乎每天早上，纪尧姆·拉姆斯坦都会在上班的路上穿过奥胡斯大学公园。每年这个时候，古老的橡树都郁郁葱葱，草地上开满了蒲公英和雏菊。

当他坐在显示器前时，他准备研究植物的基因。他研究的不是美丽公园里的植物，而是一种鲜为人知的草类，叫做短柄草。

他在计算机上查看大量数据，试图找到这种小植物的有用基因，这些基因使植物能够承受更长时间的干旱或更高的温度。

他之所以研究这种鲜为人知的植物而不是我们在乡村旅行中了解的小麦、大麦或玉米，是因为短柄草有点像药理研究中的老鼠。

“我们称Brachypodium为谷物中的老鼠，因为它是测试新事物的模型生物。就像医学领域使用的老鼠一样，它更容易繁殖，而且从基因上讲，它与小麦或大麦等作物非常相似，”拉姆斯坦解释道。

“由于短柄草的DNA中只有大约3亿个字母，而小麦中有170亿个字母，因此测序和研究短柄草的成本也更低，也更容易。”

通过绘制有用的基因图谱，使这些植物能够更好地适应气候变化和未来的植物化，拉姆斯坦和他的同事为基因改造和传统育种奠定了基础。

DNA的字母

在人类、动物和植物细胞的中心有一个小核心，称为细胞核，里面含有我们的DNA。

在细胞核内，长长的双链DNA丝卷曲起来形成染色体。这些丝由四个小分子组成的几乎无穷无尽的序列组成，我们将其缩写为A、C、G和T。人们也把它们称为DNA字母。

这些字母的顺序决定了我们基因的功能。通常基因由数千个字母组成，但序列中的一个错误字母可能会导致好的结果或坏的结果。

每当细胞分裂时，它们都需要复制所有遗传信息。复制过程有时会出错，导致基因组中出现错误字母。通常细胞会纠正这些错误，但并非总是如此。

当新植物或新动物诞生时，也会发生同样的事情。在混合父母基因的过程中，可能会出现错误或新的组合。这些随机变异是进化的机制。

微小的遗传偏差会带来巨大的差异

短柄草并不是拉姆斯坦和同事们研究的唯一一种植物。他们的显微镜下还研究了一种名为高粱的植物。

高粱是世界上第五大谷物作物(按产量和收获面积计算)。它是一种热带植物，用于生产谷物和喂养动物，原产于非洲和亚洲，但也分布在北美和南欧。

他解释说，他们在高粱中发现了一种非常有用的基因突变。“我们发现一种进行光合作用的基因变异。在这个位置上用A代替G的植物在将阳光转化为能量时似乎效率更高。”

“这一点很重要，因为这种基因在很多其他作物中都很相似。我们的计算机模型表明，这种变异也自然存在于与高粱有关的物种中，例如玉米和甘蔗。”

苏丹尼亚拉的一位农民正在收割高粱。这种植物与玉米有许多基因相似之处，而纪尧姆·拉姆斯坦和他的同事发现了一种可以改善阳光转化为能量的突变。看起来这种突变对玉米和其他作物也有同样的效果。图片来源：联合国

确定基因组中这些微小变异的位置，为更有针对性的育种奠定了基础。当育种者确切知道要寻​​找哪些DNA变异时，开发适应气候变化的新作物就变得更加容易。

新基因组技术的基础

当拉姆斯坦和他在QGG的同事发现农作物变异时，他们就止步于此——这是有原因的，他解释道。“我们在学术期刊上发表我们的研究成果，并与其他研究团体和行业合作，利用我们的研究成果。无论他们使用的是CRISPR等新基因组技术还是传统育种技术。”

使用新基因组技术(NGT)编辑农作物在欧盟受到严格监管，但新立法即将出台。今年早些时候，欧洲议会投票允许在某些情况下使用NGT。此外，科学家已经可以通过化学药品和其他方式引入突变，取得很大进展，而这些方式不受欧盟立法的严格监管。

目前，NGT受到与转基因相同的规则的监管，但如果新立法也在欧洲理事会获得通过，它将允许使用NGT进行农作物中可能自然发生的基因改变。

换句话说，它将使业界能够使用NGT作为获得农作物理想特性的捷径。使用传统育种方法可能需要经过许多代植物才能获得这些特性。

这就是GuillaumeRamsteins的研究成果。他的许多发现都是在其他植物类型中自然发生的突变-比如高粱植物的变异-如果该立法获得通过，该行业将能够合法地在欧洲流行的作物中诱发这些突变。

新基因组技术(NTG)

自21世纪初以来，基因组技术发展非常迅速，并催生出了许多用于编辑动植物基因组的新技术。

总的来说，这些技术可以分为两类：

将其他生物的基因转移到植物中的技术。

直接编辑植物基因组的技术。

2012年，詹妮弗·杜德娜(JenniferDoudna)和埃马纽埃尔·卡彭蒂耶(EmmanuelleCharpentier)发现，细菌免疫系统CRISPR可以被重新编程来编辑人类、动物和植物DNA中的任何部分。

CRISPR是编辑DNA的几种技术之一，但迄今为止是最便宜和最成功的技术。随着欧盟新出台的NGT立法，该技术将对农业产业至关重要。

其他技术，例如化学诱变或辐射诱变，也会在植物基因组中引入突变，但它们不受欧盟立法的监管，并且对该行业仍然很重要。

一碗基因编辑番茄。这种特定品种被称为SicilianRougeHighGABA，它是市场上第一种CRISPR编辑作物。这些番茄经过改造，含有更多可降低人体血压的GABA分子。这种番茄在欧洲是不允许的，但在日本超市有售。图片来源：SanatechSeed

人们非常怀疑

2021年，日本的一家公司开发出了有史以来第一种CRISPR编辑作物——一种基因编辑番茄，其中含有高浓度的GABA氨基酸，具有降低血压的能力。

这种名为“SicilianRougeHighGABA”的番茄在日本超市有售，但欧盟不允许种植转基因作物。但拉姆斯坦解释说，转基因作物和使用CRISPR生产的作物之间还是有区别的。

“NGT经常被描述为天生有害，但这是一种误解。我认为欧洲对转基因的强烈反对已经蔓延到了NGT的争论中。在我看来，使用NGT诱发自然发生的突变不是问题。它实际上可以帮助我们解决农业面临的一些大问题。”

尽管如此，他承认，与大多数技术一样，这项技术也可能被用来引入有害特性。

拉姆斯坦说：“有些人认为，允许农业产业使用NGT会使其过于强大。他们担心该产业会编辑植物中的农药基因，以便它们能够更好地抵抗农药。这反过来可能会导致田间使用更多的农药。”

“当然，我们不想使用更多的杀虫剂，而关键在于，这项技术可以起到相反的作用。增强植物对昆虫的天然防御能力。问题不在于技术，而在于如何使用它。”

面向未来的技术融合

在QGG，拉姆施泰因和他的同事相信基因组研究将在未来发挥重要作用。他解释说，这不仅能让我们为更多人提供食物，还能帮助我们实现绿色转型。

拉姆斯坦说：“基因组研究和技术在绿色转型中发挥着作用，但它们并不是唯一的解决方案。通过结合基本基因组知识、传统育种、有机农业和NGT，我相信我们将解决当今面临的许多问题。”

气候变化将改变许多农作物的生长地。在南欧，一些今天生长茂盛的农作物将来将无法生长。在北欧，气温升高将使新作物得以引进。

拉姆斯坦解释说，借助基因组研究，我们可以缓解其中的一些变化。“目前，我们正在努力探索遗传多样性，以适应北欧国家不断变化的气候条件。我们筛选豌豆、燕麦和大麦中的天然遗传多样性，以寻找有用的特性。这是我们工作的重要组成部分，与在这些植物上使用NTG相辅相成。”