点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:"干饭人"体重超标怎么办?基因编辑有妙招
首页> 科普频道> 三农科普> 基因故事 > 正文

"干饭人"体重超标怎么办?基因编辑有妙招

来源:光明网2021-01-20 09:42

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  出品:科普中国

  监制:中国作物学会 光明网科普事业部

  统筹:程维红 徐琴

  策划:宋雅娟 赵清建

  作者:闫磊 中国农科院作物科学研究所助理研究员

  近日,国家卫健委发布了《中国居民营养与慢性病状况报告(2020年)》,报告显示居民超重肥胖问题不断凸显,慢性病患病、发病仍呈上升趋势。18岁及以上居民男性和女性的平均体重分别为69.6千克和59千克,与2015年发布结果相比分别增加3.4千克和1.7千克。城乡各年龄组居民超重肥胖率继续上升。高血压、糖尿病、慢性阻塞性疾病患病率和癌症患病率和2015年相比有所上升,已成为影响人们健康和生活质量的社会问题。

  由此可见,随着人们生活水平的不断提高,膳食平衡和饮食健康已成为人们不得不关注的问题。人们对功能型、专用型、营养保健型的优质农产品的多样化需求日益增加。开发功能性营养专用食品,在日常饮食生活中预防和控制疾病的发生,实现医食同源是解决上述问题的有效途径。

  人们平时常吃的主食大米、面粉、玉米、杂粮、土豆等粮食的主要成分是淀粉,食物中的淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成,抗性淀粉(resistant starch)是一类不易被人体消化的淀粉,又叫做抗酶解淀粉或难消化淀粉,主要存在于高直链、低支链淀粉颗粒中,其含量与直链淀粉含量呈直线正相关。

  图1 直链淀粉和支链淀粉结构

  抗性淀粉在人体口腔、食道、胃、小肠等消化器官内不能被酶分解,到达大肠后,在肠道微生物作用下被分解为乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸(SCFAs)和核黄素(VB2)、尼克酸(VB3)等维生素。这些有益成分为人类肠道菌群的代谢提供了健康的环境和必需的营养,对肠道菌群稳态保持、提高人体免疫力具有重要的作用,同时可以降低糖尿病、高血脂和肥胖症等多种慢性疾病风险。抗性淀粉作为一种重要的膳食纤维资源,正逐步成为新一代健康功能食品的代表,越来越受到广泛的青睐。

  因此,培育高抗性淀粉谷物作物已成为国内外育种和功能食品研究的热点。然而,水稻和小麦作为我国前两大的口粮作物,由于高抗性淀粉种质资源较为缺乏,利用常规技术难以培育出高抗性淀粉的水稻和小麦品种。

  图2 基因编辑技术示意图

  基因编辑技术是近年来发展起来的一种能够定向改造生物基因组DNA的工具,其中应用最为广泛的是CRISPR/Cas9系统,它利用来源于细菌的具有DNA切割活性的Cas9蛋白和用于识别DNA特定目标区域的引导RNA,能够使基因组DNA在目标位置被切开,随后通过不同的修复机制,完成对DNA中碱基序列的改造,比如插入或删除若干碱基、替换单个碱基或一段碱基序列。这将直接引起基因编码的氨基酸发生变化,从而实现基因功能的丧失或改变。基因组编辑技术就像一把带有GPS导航的基因剪刀,可以在基因的特定位置进行精确的裁剪和修饰。

  中国农业科学院作物科学研究所的夏兰琴研究员团队,针对常规技术培育高抗性淀粉水稻和小麦新品种面临的难题,利用基因编辑技术,分别对水稻和小麦中的淀粉分支酶(Starch branching enzyme,SBE)基因进行了定点敲除,创制了高抗性淀粉的水稻和小麦。淀粉分支酶是直接参与支链淀粉生物合成的关键酶,能够催化直链淀粉转变为支链淀粉,通过敲除淀粉分支酶基因可以使支链淀粉合成受阻,有效增加直链淀粉和抗性淀粉含量。水稻中淀粉分支酶基因(SBEIIb)功能丧失后,籽粒中直链淀粉和抗性淀粉的含量最高分别可增加到25.0%和9.8%。

  图3 基因编辑水稻(左)和小麦(右)的淀粉结构

  与水稻不同,小麦是典型的六倍体作物,它的许多基因具有3个拷贝。在小麦中淀粉分支酶基因(SBEIIa)的3个拷贝都同时编辑时,籽粒中抗性淀粉含量的提升是最为明显的,可以达到11.0%-15.1%,而基因编辑前的小麦抗性淀粉含量仅有1.1%-1.8%。同时,基因编辑小麦的直链淀粉、可溶性戊聚糖和蛋白质含量也显著增加。消化后,还原糖含量显著降低,说明创制的高抗性淀粉小麦具有潜在的营养保健功能。

  可以看到,这些通过基因编辑技术创制的高抗性淀粉水稻和小麦都已将基因编辑工具分离出去,是均不含转基因成分的水稻和小麦新种质。利用基因编辑技术成功提高了谷类作物的抗性淀粉含量,可以有效改善人体健康,防止或降低一些非传染行慢病性疾病发生,满足了不同消费人群的饮食需求。

  参考文献

  Asp, N. Resistant starch: proceedings from the 2nd plenary meeting of EURESTA: European Flair Concerted Action no. 11 (COST 911): physiological implications of the consumption of resistant starch in man. European Journal of Clinical Nutrition, 1992,46:S1–S148.

  Li J, Jiao G, Sun Y, Chen J, Zhong Y, Yan L, Jiang D, Ma Y, Xia L. Modification of starch composition, structure and properties through editing of TaSBEIIa in both winter and spring wheat varieties by CRISPR/Cas9. Plant Biotechnol J. 2020. doi: 10.1111/pbi.13519.

  Regina, A., Bird, A., Topping, D., Bowden, S., Freeman, J., Barsby, T., Kosar-Hashemi, B., Li, Z., Rahman, S., and Morell, M. High-amylose wheat generated by RNA interference improves indices of large-bowel health in rats. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2006, 103:3546-3551

  Sun Y, Jiao G, Liu Z, Zhang X, Li J, Guo X, Du W, Du J, Francis F, Zhao Y, Xia L. Generation of High-Amylose Rice through CRISPR/Cas9-Mediated Targeted Mutagenesis of Starch Branching Enzymes. Front Plant Sci. 2017 7;8:298.

  Zhu, L., Gu, M., Meng, X., Cheung, S.C.K., Yu, H., Huang, J., Sun, Y., Shi, Y., and Liu, Q. High-amylose rice improves indices of animal health in normal and diabetic rats. Plant Biotechnology Journal.2012, 10:353-362.

[ 责编:张蕃 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 逐梦海天 青春滚烫——记海军山东舰起降保障中队

  • 创新潮涌链博会

独家策划

推荐阅读
从意大利实验室到西北农学院,从抗战时期到和平年代,周尧用70年时光让中国昆虫学从5%的定名权走向自主。
2025-07-18 09:06
记者从会上获悉,截至今年6月,我国每万人口高价值发明专利拥有量已达到15.3件,提前实现“十四五”规划预期的12件目标。
2025-07-18 09:04
而在此次观测中,天文学家发现,在HOPS-315及其周围的原始星盘中,不仅存在固态的结晶矿物,还存在气态的一氧化硅。
2025-07-18 09:04
旨在充分发挥计量支撑产业新质生产力发展的基础保障作用,推动“溯源链、创新链、产业链”融合发展,使计量成为促进产业新质生产力发展的催化器和引擎。
2025-07-18 09:04
该所作物耐逆性调控与改良创新团队日前联合国内外研究机构,构建了首个水稻的多器官单细胞多组学图谱,
2025-07-18 04:30
太阳是地球气候系统的主要能量来源,其活动通过总辐射、紫外辐射、高能粒子沉降等多种形式影响地球大气。近年来,我国夏季降水雨带呈现出持续北移的趋势。
2025-07-18 04:30
人机语言交互的“温度”,其核心在于能否实现情感共鸣、文化适配与价值传递。语言不仅是信息符号,更是心灵沟通的桥梁。为冰冷的代码注入人文温度,需在技术突破与设计理念上双轨并进。
2025-07-17 04:30
近日,中国科学院海洋研究所万世明团队,基于海洋沉积物中的黑碳记录,重建了过去30万年以来东亚北部的古火演化历史,结合欧洲、东亚、东南亚及澳大利亚区域的记录以及考古遗址大数据,发现现代人类大规模用火始于约5万年前。
2025-07-17 04:30
在飞行器大家庭中,有一类特别的成员——翼伞。它们没有刚硬的机翼,却凭着一片巨大柔软的“翅膀”,借助风力优雅地翱翔于天际;它们结构看似简单,却蕴含着空气动力学的精妙智慧。翼伞是融合古老降落伞原理与现代智能科技的独特柔性无人飞行器,包含翼、控制系统、负载,如果加上推力系统,就可化身为伞翼无人机。
2025-07-17 04:30
近年来,移动电源行业呈现出较为迅速的发展趋势。与此同时,移动电源安全事故频发,严重威胁消费者生命财产安全。通过制定强制性国家标准,
2025-07-17 03:55
由该院枸杞科学研究所联合中国林业科学院林业研究所编制的《枸杞属植物新品种特异性、一致性、稳定性测试指南》获得国际植物新品种保护联盟通过。
2025-07-17 04:00
武汉华大生命科学研究院联合南方科技大学等单位,在单细胞水平上成功解密了拟南芥叶片衰老的过程。
2025-07-16 10:44
不只是产量最大,“深海一号”大气田还是我国迄今为止自主开发建设的作业水深最深、地层温压最高、勘探开发难度最大的深水气田。
2025-07-16 10:42
我国正研制《卓越工程师培养认证标准》,该标准是保障卓越工程师培养从“样板间”走向宏大队伍的基础。
2025-07-16 10:39
七月下半月和八月上半月是我国主汛期的最重要阶段,应急管理部指导各地加强灾害风险隐患信息报送队伍建设,开展广泛培训,目前总人数已达115万人。
2025-07-16 10:25
为强化未成年人网络保护,营造良好网络环境,近日,中央网信办印发通知,在全国范围内部署开展为期2个月的“清朗·2025年暑期未成年人网络环境整治”专项行动。
2025-07-16 10:23
新时代新征程,以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业,实现新型工业化是关键任务。
2025-07-15 04:10
现阶段,人工智能赋能新型工业化已取得明显成效,但仍存在人工智能关键硬件与开源软件储备不足、人工智能在重点行业领域应用率偏低、人工智能领域人才短缺且结构不合理、缺乏适应人工智能发展的标准体系和法律法规等问题。
2025-07-15 04:10
2025年可谓人形机器人的“破圈”之年。从蛇年春晚舞台的机器人扭秧歌,到北京亦庄的机器人马拉松,再到浙江杭州的机器人格斗赛……人形机器人正从“实验室”迈向各类“应用场”。
2025-07-15 02:55
科考船在狂风巨浪中剧烈摇摆,寻找渺小的目标如同大海捞针。回收沉睡海底半年的海底地震仪,是这次出海科研任务中最艰难的一环。“快看!在那儿!”随着一声疾呼划破沉寂,
2025-07-15 02:55
加载更多