在约瑟夫·海勒的小说《第二十二条军规》中,精明的军官餐厅主管米洛·明德宾德最终获得了过剩的埃及棉花,他考虑将其涂上巧克力,然后在他的餐厅中提供给士兵。即使人们能够接受吃棉花的想法——“我们生活的面料”而不是糖果——它的种子也含有有害毒素棉酚,已知会引起血液中低钾水平,并与肾功能障碍有关。德克萨斯州农工大学的研究人员现在发现了一种种植棉花植物的方法,这种植物的种子不产生棉酚,他们声称这一发现每年可以为多达 5 亿人提供高蛋白食物来源。
根据本周发表在《美国国家科学院院刊》上的这项新研究,每生产一公斤纤维,棉花植物还会提供 1.65 公斤的种子(每个种子 22% 由高质量蛋白质组成)。但是棉酚在种子中的出现使它们只能作为牛等多胃动物的饲料。先前阻止棉花中棉酚产生的尝试针对的是植物全身的腺体——但这使得害虫和病毒入侵者泛滥成灾,因为毒素在植物的花组织和叶子中的存在是为了保护它。
由植物生物技术专家基尔蒂·拉索尔领导的德克萨斯农工大学团队,着眼于 RNA 干扰技术来沉默棉籽中负责产生棉酚的基因。在 RNAi 中,研究人员将 DNA 构建体插入基因组,当转录时,会产生双链 RNA 片段,这是沉默特定基因的有效触发器。这种辅助 RNA 链被切割成更小的片段,有效地切断了目标蛋白质的产生。对于棉花植物,拉索尔以野生陆地棉(陆地棉)中的构建体和对种子高度特异的基因启动子为目标,靶向了酶 δ-卡迪烯合酶。
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在第一代转基因植物中,研究人员发现棉酚减少了高达 99%(从每毫克 10 微克降至每毫克 0.1 微克)。为了测试种子中低棉酚产生这种性状遗传给后代的程度,拉索尔测试了下一代植物中的毒素水平,发现平均棉酚值为每毫克 0.19 微克。“RNAi 并不能完全敲除基因的活性,”拉索尔解释说。“但是,我们已经能够将棉酚降至被认为是安全的水平以下。(联合国粮食及农业组织允许棉籽产品中棉酚含量高达每毫克 0.6 微克。)” 拉索尔还指出,他的团队测试了植物其他部位的棉酚水平,发现它们与未改变的样本相当。他补充说,他的团队的方法可以防止沉默效应扩散到种子以外的其他组织。
南卡罗来纳大学的生物学家维姬·万斯说,她怀疑沉默信号仅限于种子的原因可能是因为它可以在植物中有效地向上移动(从根到茎),但向下移动效果不佳。“[拉索尔所做的] 是沉默种子中的东西,”她说,“种子是植物的最后一部分。” 拉索尔指出,他的植物尚未离开温室——他已经种植了三代,并将再培育几代,然后进行田间研究,以确定沉默的有效性。
即使这项技术确实有效,也很难相信人们会想吃棉籽。万斯说她愿意吃这些种子,并指出它们的高蛋白质含量使它们比常见的食用种子(如玉米和一些豆类)更有优势,后者缺少某些氨基酸,使其成为较差的蛋白质来源。但它们味道如何?拉索尔已经尝试过它们,并且已经提供了一些食谱。“棉籽仁可以烤制和加盐食用;它们味道相当不错,”他建议道。“或者,它们可以被压碎并与小麦或玉米或高粱粉混合,制成现在具有高蛋白含量的面包。”