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农作物育种:“基因编辑“下的精准调控模式【材料一】
世界农作物育种经历了原始育种、传统育种和分子育种三个阶段(如下图所示)。20世纪中叶,随着农作物育种所用品种遗传多样性逐渐减少,传统育种瓶颈效应愈来愈明显,利用常规育种技术已经很难育成突破性的新品种。21世纪,随着分子生物学、基因组学、系统生物学、合成生物学等学科的发展和生物技术的不断进步,多学科联合催生了设计育种技术的革新。基因编辑、合成生物学、人工智能等技术培育出颠救性品种。2017年,生物育种技术发展迅猛,各项技术得到了空前的发展,尤其是基因编辑技术、单倍体育种、分子设计育种技术的发展,正孕育着一场新的育种技术革命。
【材料二】
基因是具有遗传效应的DNA(脱氧核糖核酸)片段,它能控制生物的性状,支持生命的基本构造和性能。生物的性状主要是由基因决定的,比如玉米的高矮、产量高低、能否抗倒伏等。
按照传统的育种方法,改良一个品种可能需要几年甚至几十年的时间,这是因为传统育种技术创造的各种变异是随机的、不可控的。拿杂交育种来说,要经过多代筛选,遇到一个真正需要的变异概率很小,这也正是育种周期长、难度大的原因之一。后来,科学家想方设法地创造遗传变异,比如太空育种,就是利用太空特殊的环境诱变作用来使种子产生基因变异。
基因编辑与传统育种技术最终的结果是相似的,但基因编辑的出现,让基因调控更加精准。基因编辑是改变目标基因序列的技术,如同对文本进行修改一样,首先要把想修改的地方找出来,然后使用工具,按照修改的意图,删除、插入部分“词句”或者改写一段“文字”。基因编辑可以精准定位作物的特定基因,基因被“剪断”后,细胞就会修复断口并产生变异。
利用基因编辑技术,改良作物的某个基因就只需很短的时间,一次可以调控多达几十个基因。
现在,基因编辑工具不仅可以用于去除或减弱不利于农艺性状的基因,还可以增强众多对农作物有益的基因,帮助培育出产量更高、更有营养、更耐受极端天气、需要更少化肥和农药的作物。
就是因为基因编辑技术可以精确、快速地生成作物改良所需的基因突变,所以,基因编辑技术被誉为21世纪生命科学的革命性突破,荣获2020年诺贝尔奖,并已在许多国家得到应用,在科研、农业、临床医学等领域显示出广阔前景。
(节选自《人民日报》2022年5月23日,有删改)【材料三】
如何通过基因编辑进行品种改良?以最新的CRISPR 技术编样水癌为倒。在进行基因编辑时,科研人员首先会选取需要偏屏的一段总因,即“粑基因“,之后利用农杆菌或基因抢,将基因编4红分Cas9和sgRNA(洼;含有一小段靶基因的序列)递送到水稻愈伤组织(注:来源于水稻成熟或未成贴的种子)体内,Cas9在sgRNA引导下就会对靶基因进行定点修饰,使靶基因的功能发生改史。经过组织培养,念伤组织会再生出被编辑过的水稻幼苗(周期约为3个月)。这时,当代水瘤植株就可以观察到因为靶基因功能改变而获得的新性状,即实现品种改良。
(节选自《新华日报》2022年2月23日,有剧改)