被基因编辑“驯服”的洋葱菌，成为新一代生物农药的先驱
发表日期：2019-03-16 12:01AM 阅览次数：
为了让农作物可以更好地生长，现代农业广泛依赖大量的农药来防止病虫害、快速清除杂草。它们虽然不会对农作物造成伤害，但自身仍具有毒性，甚至是剧毒（比如百草枯）。长期或使用不当，很可能会破坏当地自然环境，危害生态系统，甚至危害人类的健康。
幸运的是，随着生物科技的进步，科学家们正在将目光转向细菌和真菌等微生物，尝试让它们起到“生物农药”的作用，摆脱对化学农药的依赖。而近日，英国卡迪夫大学的研究人员就在该领域取得了一些突破，利用基因编辑技术，他们修改了一种伯克霍尔德氏菌（Burkholderia cepacia）的基因，在去除它对人的毒性的同时，保留了对植物病原菌的抑制作用，具备成为新型生物农药的潜力。
伯克霍尔德氏菌（属）广泛存在与大自然中，水、土壤、植物和人体中都有他的身影，已确认得有20多种。由于人类首次发现的那一种可以引起洋葱茎腐烂，因此该种类又被称为“洋葱伯克氏细菌”（下文简称“洋葱菌”）。
这次研究的对象就是这种“洋葱菌”。
自1949年首次发现以来，洋葱菌就凭借让人“又爱又恨”的特征吸引了很多科学家。
一方面，它具有促进促进植物生长和杀菌的能力，还可以分解土壤中的残留农药，是用来替换化学农药的最佳选择之一。
但另一方面，它也是一种致病菌，会使肺部囊性纤维化的病人罹患“洋葱伯克氏菌综合症”，还会引发多种感染病，严重者会出现生病危险。
图 | 这才是扫描电子显微镜下的“洋葱菌”，伯克霍尔德氏菌本菌
在人们尚未完全了解洋葱菌的负面影响时，它一直在世界范围内被当作生物杀虫剂广泛使用，曾导致很多人患病和死亡。直到1999年之后，美国等西方国家逐渐重视了它的致病风险，提高了此类生物农药的注册标准，还暂停了它的大规模使用。
这一次，英国研究团队对洋葱菌基因序列进行了长期深入研究，更全面的掌握了它保护农作物的原理。
研究领导者Eshwar Mahenthiralingam 教授表示，“我们必须了解风险，才能减少风险，进而寻求一个兼顾所有人的平衡点。”
研究团队利用洋葱菌的基因制造出了抗生素Cepacin，这是有效对抗苗期猝倒病的关键——一种存在于土壤中的真菌病害，专门侵袭农作物的幼苗。
通过食用基因组测序等技术手段，他们发现，洋葱菌会将自己的基因组DNA分裂成3个复制子（基因片段），如果去除最小的复制子，就会创造出一种突变洋葱菌菌株。
图 | 三个复制子，来源：Nature Microbiology
研究人员分别在肺部感染小鼠和豌豆幼苗上测试了效果，发现突变菌株既不会加剧小鼠的感染状况，又可以帮助植物抵抗苗期猝倒病，两全其美。
这一发现让研究小组非常兴奋。对于人类来说，洋葱菌似乎有望“改邪归正”。在自然条件下，洋葱菌等有益细菌可以和植物共生，如果真的不会导致人类疾病，那么这种特性有望在未来农业可持续发展中发挥重要作用。
研究团队目前正在探索抗生素Cepacin是否对害虫有效，下一步就是探索突变洋葱菌菌株的实用价值，比如会不会对人类和环境造成其它负面影响，能否大规模转变为一种安全的生物农药，最终使现代农业和粮食生产更加安全、健康和环保。
生物农药将成为未来农业发展的一大趋势，而被基因编辑“驯服”的洋葱菌，则成为了这条路上的先驱之一。
