利用类似导弹的分子结构，研究人员发现了一种在植物基因组特定点添加和移除基因的方法。这种定向技术能够加快玉米及其他农作物的生长，改善它们的营养或提升作为生物燃料的潜力。

 

研究人员通常在添加或修改植物基因时有些盲目。基因枪和诱变技术在植物基因组中随机插入或中断基因，因此植物研究人员必须要展示成千个突变子以期在特定的位置找到他们所需要的突变。

 

大约6年前，盐湖城犹他大学的达娜·卡罗尔和同事建立锌指分子结构，它可以识别及固定在特定的DNA序列上，然后与可以在同一点切割DNA的酶结合，形成锌指核酸酶。这可使他们在需要修改基因时瞄准特定基因组区域。同时，他们在同一点将新的DNA序列缝合到基因组。

 

在看到此项工作在果蝇和动物细胞中实现后，双城明尼苏达大学的植物分子生物学家丹尼尔和他的同事在2005年提出，原则上，这种技术也应该适用与植物。窍门就是特定DNA打靶的锌指结构。一家公司提供商业化的锌指结构，但是丹尼尔和波士顿马萨诸塞州总医院的Ｊ·基思将锌指资源免费提供给其他想得到特定核酸酶的研究人员。

 

研究人员第一个研究对象是烟草。他们设计将核酸酶导入到控制植物对特定除草剂敏感的烟草基因中。他们在使烟草细胞接触锌指核酸酶之外，也添加了可增强抗除草剂特性的基因片段。除草剂处理后大约２％的植物生存下来。说明已经发生了基因互换。丹尼尔和他的同事在今天在线发表的《自然》上表示，对于基因修改的标准来说，这种几率已经算是很高了。

 

在《自然》今天在线发表的第二篇文章中，印第安纳波利斯陶氏益农公司的舒克拉和她的同事证明锌指技术同样也适用于玉米。这次，研究人员对基因进行两次修改。他们把要打靶的基因称作IPK1，它可以使磷形成一种动物无法降解结构。动物将此种形式的磷排到体外，因而污染了土地和水。他们团队用利用锌指结构以IPK1基因为目标，另外添加可以中断此基因同时赋予植物抗除草剂性质的细菌DNA序列。两次连击奏效了：团队报道说，细菌基因一次性中断IPK1基因的几率达到3%—100%，同时植物也具有抗除草剂特性。

 

专家称此项新技术前景无限。在定向基因修改方面也有些其他技术，“技术发表时觉得有希望，但是之后却不见踪影”，加州奥尔巴尼美国农业部植物分子生物学家大卫·欧说道。但是“这种‘锌指核酸酶’技术可能会停留一段时间”，他预测。现在，包括转基因的基因修改都是从别的物种到农作物，欧提醒道，但是利用这种技术，人们可以轻易地将目的基因替换为本物种里的其他基因片段，这有可能更易为公众所接受。

 

密苏里州圣路易斯市唐纳德丹福斯植物科学中心主席，农业生物技术专家罗杰·比奇也充满期待。“这个进展对植物生物技术来说非常重要，”他说。“它将会使这个领域的研究水平上升到一个新的高度。”

编译自：Bull's-Eye for Plant Genes

http://sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2009/429/3

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