近日，中國檢驗檢疫科學研究院植物檢驗與檢疫研究所在國際知名學術期刊Frontiers in Plant Science(5.753/Q1) 發表了題為「RNAi-based genetic engineering maize resistant to Apolygus lucorum does not manifest unpredictable unintended effects relative to conventional breeding: siRNA, transcriptome and metabolome analysis」的研究論文。
應用基因工程技術開發具有優良生物學特性的作物是確保21世紀糧食安全的戰略之一。RNAi可用於植物基因組的「種內」模式，通過減少抗營養物質、過敏原和毒素來減少有害物質，同時增加有益營養物質的水平，從而提高生產力。類似地，RNAi技術可用於表達源自親本植物之外的dsRNA。此前，使用RNAi技術獲得的抗病毒和抗蟲作物已獲批准種植，包括李子 (Prunus salicina)、大豆 (Glycine max)、玉米 (Zea mays)、木薯 (Manihot esculenta) 和蘋果 (Malus pumila) (https://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/default.asp）。公眾對於此類作物的擔憂主要集中在對環境和人類健康的潛在風險上，導致許多國家的基因工程產品商業化延遲。因此，在任何新的基因工程產品獲准進入市場之前，嚴格的安全評估研究至關重要，其目的是識別和規避風險。
使用組學技術分析基因工程生物與其親本之間的差異，可以識別非預期效應並探索這種非預期效應是否會產生負面影響。為了評估基因工程是否會導致作物發生超出常規植物育種所帶來的變化，研究比較了基於RNAi技術研發的三個抗綠盲蝽玉米品系(DTS_108，DTS_123，DTS_127)和常規育種研發的三個玉米品系(商業化雜交玉米品系AR02和AR03，非基因工程親本對照TJ806)的葉片中siRNA，轉錄組和代謝組變化的程度。
圖1 玉米品系之間的遺傳關係和實驗設計比較組
圖2 玉米中高度富集的siRNAs的特徵和潛在脫靶基因的表達驗證
圖3. 轉錄組數據的總體描述
圖4. 代謝組數據的總體描述
研究採用siRNA-seq、RNA-seq和HPLC-MS技術研究了基於RNAi的基因工程和常規育種研發的6個玉米品系中siRNA，基因表達和代謝物積累的變化。研究發現來自綠盲蝽（A. lucorum）的反向重複基因序列在基因工程玉米品系中產生高度富集的siRNAs。然而，qPCR和轉錄組數據分析表明，這些潛在脫靶基因的表達水平下降在三個基因工程玉米品系中並不普遍，這意味著來源於綠盲蝽基因序列的siRNAs在基因工程玉米中沒有發生可檢測到的基因抑制，生物信息學分析表明構建模擬siRNA文庫和實際siRNA測序可用於幫助分析與siRNA具有一定程度序列同源性的靶標基因或者非靶標基因。研究結果表明，基因工程和常規育種方法都可以導致轉錄組和代謝組水平的潛在變化，並且基因工程不會引起超出常規育種的非預期效應。該研究沒有涉及從基因表達到代謝調控均發生顯著改變的代謝通路，未來研究需要加強從DNA水平到代謝水平的整體通路的研究和探索。最後，研究建議在評估基因工程作物的非預期效應時，應避免單一組學數據分析的弊端，儘可能探索從基因表達到代謝物調控的整體代謝途徑，同時，應建立綜合性和可比較的多組學數據共享平台，以提高組學數據的有效利用率。
中國檢驗檢疫科學研究院植物檢驗與檢疫研究所/中國農業大學植物保護學院黃春蒙博士為本文第一作者，中國檢科院植檢所王智博士，朱鵬宇副研究員，王晨光博士，許文杰博士，中國檢科院植檢所/中國農大植保學院王超楠博士，中國農大植保學院李志紅教授均參與了該項工作；中國檢科院植檢所付偉研究員和中國檢科院朱水芳研究員為本文的共同通訊作者。該項研究得到了國家科技重大專項課題-新型轉基因產品安全評價技術(2018ZX08011-05B)的資助。
原文連結：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.745708/full
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