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低致敏性小麦的培育

已有 2150 次阅读 2018-4-20 09:05 |系统分类:科研笔记| 小麦, 过敏

本期作者:DuXuye

面包好吃,但总有人没这个口福。小麦引发的慢性过敏症称为乳糜泻(Coeliac disease  ),主要症状表现为腹泻、腹痛、腹胀、恶心、呕吐等等。在欧洲,易感人群超过了7%  。中国在这个领域的流行病学统计数据一直是个空白,笔者偶尔听说有人对小麦过敏,但是不清楚是不是乳糜泻。小麦α-  醇溶蛋白是诱发乳糜泻的主要过敏原。序列分析发现,α-  醇溶蛋白中有一段33  个氨基酸构成的多肽,被称为33-mer  ,在这段多肽上,有四个主要的抗原决定簇,它们与免疫细胞结合,诱发免疫反应。最初发现33-mer  的并不是研究小麦的专家,而是一位来自斯坦福大学的化学家Chaitan Khosla  ,他的太太和儿子都患有乳糜泻,为了家人的健康,他率领团队找到了元凶,并收获了一篇研究报告,发表在了2002  年的Science  上(  Structuralbasis for gluten intolerance in celiac sprue  )。  

在饮食上,乳糜泻患者只能食用无面筋食品(Gluten Free  ),在国内很多大型超市,尤其是进口超市都能够买到无面筋面粉、面包、饼干甚至意大利面。其实,从理论上,将小麦中的α-  醇溶蛋白基因沉默,乳糜泻患者就能愉快的尝尝用小麦烘烤的面包的味道。在这个领域,不得不提的就是来自西班牙多瓦市可持续农业研究所的Francisco Barro  团队。早在2000  年,他们利用RNAi  沉默了小麦中大部分的醇溶蛋白,研究报告发表在2010  年的PNAS  上(  Effective shutdown in the expression of celiac disease-related wheat gliadin T-cellepitopes by RNA interference  )。

 

 Gil-Humaneset al. (2010) PNAS, 107: 17023-17028

 

从文章的结果来看,RNAi  的效果并不彻底,但至少是一个良好的开始。在2016  年,他们又在Plant Biotechnology Journal  上发表了新的研究论文(  Targeting of prolamins by RNAi in bread wheat: effectiveness of seven silencing-fragment combinations for obtaining lines devoid of coeliac disease epitopes from highly immunogenic gliadins  ),同样是利用RNAi  ,将醇溶蛋白的含量降到了更低的水平。

 FranciscoBarro et al. (2016) Plant Biotech J 14: 986-996

      Francisco Barro团队获得的低致敏性小麦不止前文提到的这几个,诸位如果感兴趣,可以阅读他们的几篇看起来很相似的文章(Javier Gil-Humanes et al.,2014. The shutdown of celiac disease-related gliadin epitopes in bread wheat by RNAi provides flours with increased stability and better tolerance toover-mixing; Fernando Pistón et al., 2011. Down-regulating γ-gliadins in bread wheat leads to non-specific increases in other gluten proteins and has no major effect on dough gluten strength)。但遗憾的是,这些研究并没有后续的报道。

Susana Sánchez-León et al. (2018) Plant Biotech J 16:902-910    

随着基因编辑时代的到来,Francisco Barro  团队在2018  年发表了基因编辑沉默小麦醇溶蛋白的文章,同样发表在Plant Biotechnology Journal  上(  Low-gluten,nontransgenic wheat engineered with CRISPR/Cas9  ),他们利用CRISPR/Cas9  系统,获得了低面筋含量的六倍体小麦和硬粒小麦。值得关注的是,这项研究已经不再只是停留在理论阶段了,有报道说,英国PBL  合资企业正在与北美的投资者合作推广用这种小麦制成的产品,同时,在墨西哥和西班牙,已经分别招募了患有乳糜泻的志愿者进行小规模试验,结果非常令人鼓舞。基因编辑的低致敏性小麦能够进入到临床试验阶段,使我们看到了基因编辑的作物能够在生产和食品加工领域得到应用,不管最终结果怎样,这至少向前迈出了第一步。

      小麦能够诱发的过敏反应类型很多,除了本文提到的乳糜泻,还有一种名叫小麦依赖-  运动诱导的过敏反应,简称WDEIA  ,患者吃了小麦制品会产生严重的速发性过敏反应,包括红肿,荨麻疹,哮喘甚至休克。据统计,在中国,WDEIA  的患者每年能够确诊的有几百人,虽然看上去不太多,但是对每一位患者而言,在生活中,却要处处留意,避免含有小麦成分的食品。小麦诱发过敏反应,或许是一种自我保护,毕竟小麦是不希望自己被吃掉的。一株小小的植物,进化出了虽不致死,却让部分人无比痛苦的醇溶蛋白,细思极恐。


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使用CRISPR/Cas9编辑醇溶蛋白家族基因获得低筋,非转基因小麦品系

 

 

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