利用CRISPR技术研究人员成功种植出耗水更少且不影响产量的西红柿

特拉维夫大学的一项新发现成功地培育和鉴定了具有更高水分利用效率而不影响产量的番茄品种。研究人员利用CRISPR基因编辑技术，能够种植出消耗更少水的西红柿，同时保持产量、质量和口味。

该研究是在ShaulYalovsky教授和Nir​​Sade博士的实验室中进行的，由特拉维夫大学Wise生命科学学院植物科学与食品安全学院的研究团队领导。

该团队包括Yalovsky教授指导的前博士后MallikarjunaRaoPuli博士，以及Yalovsky教授和Sade博士共同指导的博士生PurityMuchoki。特拉维夫大学植物科学与食品安全学院的其他学生和博士后研究员以及本古里安大学和俄勒冈大学的研究人员也为这项研究做出了贡献。

研究人员解释说，鉴于全球变暖和淡水资源减少，人们对消耗更少水而不影响产量的农作物的需求不断增长。当然，与此同时，由于农作物依赖水来生长和发育，因此识别合适的植物品种尤其具有挑战性。

在一个称为蒸腾作用的过程中，植物从叶子中蒸发水分。同时，二氧化碳进入叶子，并通过光合作用吸收成糖，光合作用也在叶子中进行。这两个过程——蒸腾作用和二氧化碳吸收——通过叶子表面称为气孔的特殊开口同时发生。气孔可以打开和关闭，作为植物调节水分状况的机制。

研究人员强调，在干旱条件下，植物通过关闭气孔来做出反应，从而减少蒸腾造成的水分损失。

问题在于，由于水的蒸腾作用和二氧化碳的吸收之间存在着不可分割的耦合，气孔的关闭导致植物吸收二氧化碳的减少。二氧化碳吸收的减少导致光合作用产生的糖减少。

由于植物依赖光合作用中产生的糖作为重要的能源，因此该过程的减少会对植物生长产生不利影响。

在农作物中，光合糖产量的下降表现为收获数量和质量的下降。以西红柿为例，对作物的损害表现为果实数量、重量以及每个果实中糖含量的减少。含糖量较低的水果味道较差，营养也较差。

在本研究中，研究人员利用CRISPR方法进行基因编辑，针对名为ROP9的基因，对番茄进行了改造。ROP蛋白起到开关的作用，在活性或非活性状态之间切换。

Yalovsky教授说：“我们发现通过CRISPR技术消除ROP9会导致气孔部分关闭。这种效应在中午尤其明显，此时植物在蒸腾过程中水分流失的速度最高。”

“相反，在蒸腾速率较低的上午和下午，对照植物和ROP9修饰植物之间的失水率没有显着差异。由于气孔在上午和下午保持开放，植物能够吸收足够的二氧化碳，即使在下午，当ROP9修饰植物的气孔更加关闭时，也能防止光合作用产生的糖产量下降。”

为了评估ROP9受损对作物的影响，研究人员进行了广泛的田间实验，涉及数百种植物。

结果显示，虽然ROP9修饰的植物在蒸腾过程中损失的水分较少，但对光合作用、作物数量或质量(果实中的糖分含量)没有不利影响。此外，该研究还发现了一种新的、意想不到的调节气孔打开和关闭的机制，该机制与气孔中氧化物质(称为活性氧)的水平有关。这一发现对基础科学知识也具有重要意义。

Sade博士补充道：“西红柿中的ROP9与辣椒、茄子和小麦等其他农作物中发现的ROP蛋白非常相似。因此，我们文章中详述的发现可以为开发其他农作物奠定基础。”提高水的利用效率，并更深入地了解气孔打开和关闭背后的机制。”