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科学普及

【第二届分省院科普征文大赛作品展示】写在基因里的秘密

发表日期:2020-04-20来源:放大 缩小

  (第二届分省院科普征文大赛 优秀奖  陕西省生物农业研究所 魏佩瑶

  “让红色基因代代相传” 是习总书记多次提及的切切嘱托和冀望。红色基因包含了革命先辈的崇高理想和坚定信念,凝聚了党的优良革命传统和集体智慧。只有将这些红色基因传承发扬,我们才能不忘初心,在新时代的长征路上稳步前行。这,也体现了基因的重要性。基因既是遗传物质的基本单位,也是一切生物信息的基础。基因的发现带来生物学的革命,其变迁造就了丰富多彩的大自然。

(DNA双螺旋结构,图片来自互联网)

  日常生活中,我们在聊天时也会说“他很有唱歌的天赋”,“我没有绘画的基因”但有人还是会问,这些肉眼都看不到的小东西,跟我们到底有什么关系呢?其实拥有智慧大脑的人类早已运用现代生物技术对基因进行了深入的思考和研究,用它们来解释一些令我们匪夷所思的事情,也使基因为人类的生存和发展提供服务。例如……
舌尖味蕾 基因偏好
  味觉基因包括酸、甜、苦、咸、鲜五个大类,它决定了我们对不同食物的偏好。研究发现人的酸味敏感度由基因和环境共同决定,其中基因起到高达53%的作用;甜味物质与甜味受体结合产生电流刺激,我们的大脑才能感知这种味道;同时也已发现了二十几个基因与不同类型的苦味相关联……
  所谓众口难调,其实不只是与味觉基因有关,嗅觉基因也参与其中。这里拿香菜举例最贴切不过,无香菜不欢派和对香菜避之不及派,经历了多年的斗争却依然难分伯仲。据不愿透露姓名的反香菜人士表明,香菜……是臭虫味的。其实这些人的味觉并不算出错,香菜的属名是Coriandrum来源于古希腊语的koris,就是指一种臭虫。其含有的一些醛类,例如反式-2-癸烯醛,在一些昆虫的分泌物里也有它。而真正对香菜的爱恨所属其实是由“骨子里”的基因,也就是DNA所注定的。根据科普短片《Reactions》的解释,对香菜的厌恶是11号染色体rs72921001的位点多态性在作怪,其上一段OR6A2的特定嗅觉受体基因变异后,就会使人对醛类化合物非常敏感,也就更容易闻出香菜里的“臭虫味”。
(反式-2-癸烯醛结构式)
基因改造 抵抗疟疾
  根据世界卫生组织(WHO)的统计,疟疾每年造成40多万人死亡。而长久以来杀虫剂的广泛使用未能控制携带疟原虫的蚊子,反而导致许多蚊子品系产生杀虫剂抗药性。近日一项发表在学术期刊《科学》上的重磅研究,为人类抗击蚊子带来曙光,这也有望帮助我们消灭疟疾等由蚊子传播的疾病。
(人们期待能通过真菌杀死蚊子,图片来源:Pixabay)
  在这项研究中,科学家们发现一种真菌叫平沙绿僵菌(Metarhizium pingshaense)可以特异性感染蚊子。经过基因改造,即引入了一种来自澳大利亚蜘蛛的毒素,可使其更快地杀死蚊子,仅仅需要1到2个孢子落到蚊子身上,就能穿透表皮到达体内,不断增殖让蚊子变得虚弱直至死亡。这种毒素是一种名为Hybrid的杀虫剂,已获得美国环境保护署(EPA)的批准,可直接施加于作物上来控制农业害虫,安全性和有效性早已得到验证。
  实验中,科学家们设置了良好的蚊子生活环境,来测试经过基因改造后的真菌灭蚊效果。他们发现蚊子喜欢呆在暗色表面休息,于是将真菌与蚊子喜爱的芝麻油混匀,涂抹在黑色的棉布上。在每个大棚中都放入500只雄蚊和1000只雌蚊,同时定期牵进一头牛供蚊子吸血,经过45天后,没有真菌的大棚蚊子数量可达2500多只;而使用未经基因改造的真菌的大棚,蚊子的数量有所下降,500-700只左右;在放有改造后真菌的大棚中,研究人员们只数出了13只蚊子,杀蚊效率超过99%。

(设置在西非的大棚提供了良好的模拟环境,图片来自Etienne Bilgo)

农业生产 基因调控
  在我们的农业生产中,基因地位也举足轻重。近年来我们的科学家利用基因相关技术培育了许多优质、高产、抗病虫害的农作物品种,改变植物蛋白质、脂肪、淀粉与糖类的含量与品质,提高其营养价值,也改善了蔬菜、果品的风味。这其中家喻户晓的当属刚获得共和国勋章的袁隆平院士所培育的杂交水稻,利用基因在亲子代之间的传递,使基因重组,产生稳定的、可以遗传的、具有优良性状的新品种。其团队最新培育的“海水稻”就克服了传统水稻在含有一定盐、碱成分的耕地上无法正常生长这一缺陷,通过杂交育种技术和常规育种方法,结合分子标记辅助选择,对耐盐、耐碱、抗病等多种基因进行聚合,选育出的新型耐盐碱水稻。这些耐盐碱水稻可以广泛地种植于沿海滩涂、内陆盐碱地和咸水湖周边,缓解了耕地压力的同时,增加了粮食产量,有望使“盐碱地”变身为“良田”。
(耐盐碱杂交水稻—“海水稻”,图片来自新闻联播截图)
  同时基因在作物的抗病、抗虫、抗除草剂、抗逆及品种改良等方面拥有更为广阔的应用前景。其目的旨在通过导入有用的外源基因,获得转基因植物,以用于物种的改良。据不完全统计,全世界农作物每年因病虫害造成的损失约占其总产量的37%?,例如黄瓜花叶病毒严重危害蔬菜、烟草、花卉、油菜、药材和树木等770多种植物,造成农作物大幅度减产和品质下降,有“植物癌症”之称。研究员们将烟草花叶病毒和黄瓜花叶病毒的外壳蛋白基因拼接在一起,构建了“双价”抗病基因,转入烟草后获得了同时抵抗两种病毒基因的植株。在田间试验中,对烟草花叶病毒的防治效果为100%,对黄瓜花叶病毒的防治效果为70%左右,可使烟草产值增加10%-30%。
  另外,导入外源基因的抗虫棉花,拯救了棉花纺织产业的沦陷;培育出的“蓝色妖姬”,为生活带来梦幻的视觉享受;利用动物、植物和微生物的生命体作为工厂,生产的药物和各种生物活性物质给我们生活带来便利……这一切都是在不断揭开那些写在基因里的秘密,而其中还有更多的秘密等着我们去探索、发现。

 

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