试验田 （图片来源：CC0 Public Domain）
来自芝加哥大学、北京大学和贵州大学的科学家团队最近宣布，操纵RNA可以让植物大幅增产并同时提高抗旱能力。
在最初的测试里，研究人员在水稻和土豆的遗传物质中添加一种名为FTO的蛋白质编码基因，让这两种作物在试验田中增产了50%。这两种植物显著地生长得更加茂盛，产生了更发达的根系并且能够更好地忍耐干旱的胁迫。分析显示，作物的光合速率也得到了提升。
“这种改变真是戏剧性的！”芝加哥大学的何川教授与北京大学的贾桂芳教授一起领导了这项研究，他说道，“更奇妙的是，这只是一个非常简单的基因修改，而且它在目前我们尝试过的植物上都可以发挥作用！”
研究者们对这项突破的潜力充满了希望，尤其是在面对气候变化和全世界作物系统其他胁迫的时候。
“在全球变暖的进程中，这真的为改造植物从而改善生态系统提供了很多的可能性。”杰出的化学、生物化学和分子生物学的副教授John T. Wilson说,“我们对植物的依赖性是非常高的——几乎所有从树木、食物和医药到鲜花和土壤——这可能提供了一种增加我们从植物获得更多原料的方式。”
水稻的推动
面对不稳定加剧的气候和日益增多的人口，科学家几十年来一直在为增加粮食产量而努力。但这样的进程通常是很复杂的，而且往往只能带来量的变化。
可这一次发现的方式完全不同。
我们中的很多人都是从高中生物课里记得RNA的，我们知道，RNA分子可以读取DNA，然后指导蛋白质合成来执行任务。然而，在2011年，何川的实验室打开了一个全新的研究领域——他们发现了决定哺乳动物基因表达方式的关键因素。RNA并不是简单地读取DNA图谱然后盲目地执行它；细胞自身也可以调控图谱中的哪一部分可以得到表达。这一过程是通过在RNA分子上放置化学标记来控制蛋白质合成的种类和数量的。
何川和他的同事立即意识到这项发现对生物学有重大意义。从那以后，他的团队和世界各地其他团队都一直努力更新完善我们对这一过程的理解，以及它对动物、植物和不同人类疾病的影响。例如，他还是一家生物技术公司的联合创始人，这家公司正在研发基于靶向RNA修饰蛋白的新型抗癌药物。
他和前芝加哥大学博士后研究员、现北京大学副教授贾桂芳开始思考这是如何影响植物生物学的。
他们的研究重点是一种名为FTO的蛋白质，这是已知的第一种可以消除RNA上化学标记的蛋白质，贾桂芳在芝加哥大学何川的实验室里做博士后研究时发现了这种蛋白质。科学家们知道它通过研究RNA来影响人类和其他动物细胞的生长，所以他们尝试将这种基因插入水稻——然后在惊奇中观察着水稻的生长。
FTO蛋白质的结构 （图片来源：Sino biological）
“我想就是在那时候，我们所有人都意识到我们正在做一件特别的事情，”何川说。
实验室条件下培育的水稻，其产量是普通水稻产量的三倍。当我们在试验田里尝试种植它的时候，植株的质量提高了50%，大米的产量也提高了50%。它们长出了更长的根系，光合作用的效率得到了提升，并且抗旱能力也更强了。
科学家们在土豆上重复了这项实验，土豆和水稻完全不是一个科的物种，其结果却是惊人的相似。“这表明（实验结果）在某种程度上的普遍性是非常令人兴奋的。”他说。
科学家在探明这一切发生的原理上花费了更多的时间。进一步的实验表明FTO在植物生长的早期阶段就已经开始发挥作用了，促进了植物生物量总量的提升。
科学家们认为FTO掌控着一个名为m6A的进程，这是RNA修饰中关键的一环。在这种情况下，FTO通过消除m6A RNA来抑制一些告诉植物放慢生长速度和减少生长的信号。我们不妨想象一条有很多红绿灯的道路;如果科学家挡住红灯，留下绿灯，那将有越来越多的汽车可以沿着道路行驶。
总而言之，转基因植物产生的RNA明显多于对照植物。
修改的过程
在这篇论文中描述的实验过程包括了在植物体中使用动物的FTO基因。但是一旦科学家们完全理解了这一项生长机制，他认为那将会有许多能够达到同一效果的途径供我们选择。
气候变化以及抗旱植物带来的改变。 （图片来源：Pixabay）
“看上去植物似乎已经拥有了这一层调控，我们所做的一切就是来利用它，”何川说。“所以下一步便是去发现如何能够利用植物现有的基因来达到这一效果。”他可以想象到未来的各种用途——他正在与芝加哥大学和波尔斯基创业与创新中心合作，探索各种可能性。
“甚至超过食物的范畴，还有许多其他与气候变化相关的效果。”他说。“或许我们可以在受干旱胁迫的地方种植转基因的草。或许我们可以让中西部的树木长出更长的根系，那样它们在风暴中就没那么容易倾倒。未来还有许多潜在的应用。”
翻译：龙霏霏
审校：白德凡
引进来源：芝加哥大学
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