美国栗子项目
寻找抗枯萎病增强基因

随着植物分子病理学研究的深入，越来越多的基因被发现 利用植物抵御疾病的能力(参见 鲍威尔 等. 2006). 为了提高美洲栗树的抗枯萎病能力，我们正在进行研究 一些基因产物，控制表达的基因调控区域(启动子)， 结合两个或更多基因的可能性(称为堆叠或金字塔) 为了更好和更可持续的抵抗力.

在转基因美洲栗子中测试的第一个基因编码一种叫做 草酸氧化酶. 这种特殊的基因来自小麦，它也存在于许多草类物种中. 我们喜欢这种基因，因为它每天被全世界数十亿人食用. 它是 不 与小麦中的麸质有关，但它是一种天然的防御基因 保护小麦免受病害. 它通过 排毒 草酸由真菌产生的草酸(或草酸.

草酸很重要的第一个线索来自于对低毒性的观察 真菌菌株(那些不能攻击树木的菌株)产生的草酸盐要少得多 比毒力强(正常)的病原体(Havir)菌株强 & Anagnostakis 1983). 因此, 从枯萎菌中去除草酸似乎是合理的 寄生可能会使它对栗树的危害减少. 看看草酸盐是如何还原的 影响真菌攻击植物的能力，观看下面的延时视频 用于测量真菌毒力的“苹果测试”(长版本可在 YouTube).

我们之前已经证明这种草酸氧化酶基因增强了对真菌的耐受性 转基因杨树的病原菌(见 Liang等. 2001). 草酸氧化酶基因也正在被其他几位研究人员测试以增强 植物系统中的病原体耐受性，如 花生, 大豆, 向日葵, 油菜 也可能增加盐的耐受性 番茄. 这种基因被选择用于美洲板栗，因为它能引起枯萎病 真菌在溃疡病边缘产生大量草酸盐. 草酸氧化酶 酶可以通过将草酸分解成二氧化碳和氢气来解毒 过氧化. 过氧化氢的副产物可能还有第二种强化作用 板栗为隔离真菌而产生的屏障中的木质素 感染. 我们有一些证据表明草酸氧化酶可以增强木质素 形成(见 Welch等人. 2006). 这意味着除了有效地解除真菌的武装，草酸氧化酶 是否可以间接帮助栗树加强其天然存在的防御机制.

2006年，第一批转基因美国栗树在室外种植. 这些早期的 树木含有由维管启动子控制的小麦草酸氧化酶基因，意思是 这种酶主要存在于发生感染的茎组织中. We 最近的研究表明，其中一些早期品种具有增强的抗枯萎病能力 到易感美洲板栗和抗性中国板栗之间的水平 栗子(Newhouse等人). 2014). 较新的品种显示出更高的抗枯萎病能力， 类似于板栗(可能更大)!)，根据叶片分析 和小茎试验(Zhang 等 .. 2013年和 video).

↓高草酸盐|低草酸盐↓

使用OxO基因来保护美洲栗树有几个好处. 首先, 它不是杀虫剂，不会杀死真菌. 相反，它只是中和 真菌使用的武器. 从本质上讲，这改变了真菌的生活方式 a pathogen to a saprophyte (pathogens attack living organisms; saprophytes only live 死组织). 这很重要，因为它消除了选择压力 真菌来克服这种耐受性增强基因. 二是定向排毒 对于草酸盐，它不太可能对非目标生物产生任何影响 制造这种酸. 第三，有一种非常简单的酶分析方法可以检测到它的存在 这种基因在任何栗树，从而使抗枯萎病的树容易 确定并遵循恢复计划.

耐疫病的美洲栗树正在进行广泛的田间试验 还有生态研究，以确保没有非目标效应或有害变化 对环境的影响(例如:D'Amico等). 2014). 在几位合作者的帮助下， 我们正在评估转基因栗子对土壤真菌、水生生物的潜在影响 昆虫，陆生昆虫，其他野生动物，持久性环境，树木 生长速度、花粉流和周围植物群落. 更生态 研究正在计划中. 这些正在完成，为联邦监管做准备 由美国农业部，环境保护局和食品和药物管理局审查. 到目前为止，从这些生态中收集到的所有数据 研究表明，转基因栗子对人体没有任何有害影响 环境，并且它们在功能上与传统的树木生产没有什么不同 繁殖. 我们的目标是在2023年秋天之前让这些树向公众开放.

我们还开始了一项多所大学合作的努力，以确定容忍程度 板栗的基因(见 壳斗科基因组计划 以及森林健康倡议)，可以用来改造美洲板栗. 这些可以单独堆叠或与草酸氧化酶基因组合 为了增强对另一种已知栗子病的抵抗力， 疫霉 根腐病.

这是美洲栗树恢复的激动人心的时刻，但我们还有更多 要做. 中国有句古话，“一代人种树，下一代人种树” 一代享受树荫.“请 加入我们 在这第一代，这样我们才能帮助下一代!

更多的阅读

• D'Amico, KM, TR Horton, CA Maynard, SV Stehman, AD. 奥克斯和鲍威尔. 2014. 评估 转基因美洲板栗外生菌根与野生型的比较 一种常规杂交的壳斗科近缘种. AEM(待发)
• Havir E. A., & Anagnostakis,年代. L. (1983). 草酸生产由毒性而不是 通过低毒性菌株 Endothia parasitica. 植物生理学报，23(3)，369-376
• 梁H., C.A. 梅纳德R.D. 艾伦,W.A. 鲍威尔. 2001. 增加了Septoria musiva 小麦草酸氧化酶基因转基因杨树叶片的抗性研究. 植物摩尔. 医学杂志. 45:619-629
• Newhouse, AE, LD McGuigan, KA Baier, KE Valletta, WH Rottmann, TJ Tschaplinski, CA 梅纳德，WA鲍威尔. 2014. 转基因美国栗子显示出增强的抗枯萎病能力 并将其遗传给T1的后代. 植物科学(在新闻).
• 韦尔奇,.J., C.A. 梅纳德,.J. 斯蒂帕诺维奇和W.A. 鲍威尔. 2007. 的影响 草酸对表达草酸氧化酶的转基因板栗愈伤组织的影响. 植物科学172:488-496
• 张b, AD Oakes, AE Newhouse, KM Baier, CA Maynard和WA 鲍威尔. 2013. 一个阈值 草酸氧化酶转基因表达水平降低了隐蚜诱导 转基因美洲板栗(Castanea dentata)叶片坏死生物测定. 转基因 研究22，第5期(2013)，页973-982

草酸氧化酶测定录像

鉴定抗枯萎病的美洲板栗树使用样本试验检测 草酸解毒酶oxo. 这段视频来自2015年的一个研讨会 在TACNY的年度会议上，公众正在学习如何进行这些检测. 培训对这些树木有兴趣的人将大大有助于恢复 程序.

选择草酸解毒酶(OxO)的十大原因:

1. OxO基因是迄今为止增强植物抗枯萎病能力最有效的基因 美洲栗
2. OxO不是杀虫剂
3. OxO不是一种已知的过敏原
4. OxO不是谷蛋白
5. OxO is 不 a toxin; in fact it 解毒作用 已知的毒素，草酸或草酸
6. 氧合酶是抵御疾病的天然屏障，在所有谷物中都有发现 农作物和许多其他可食用植物，如香蕉和草莓
7. 氧化酶被全世界数十亿人、宠物和野生动物安全食用
8. 与其他植物来源相比，栗子中OxO的消耗量更少
9. OxO不会在环境中持续存在
10. 氧化酶为鉴定抗枯萎病的美国人提供了一种简单的方法 使用这种基因的栗树

基于这些原因，我们选择了OxO来增强美国的抗枯萎病能力 栗树是一个非营利性修复计划的一部分，其目标是受益 环境.

你上次吃草酸氧化酶是什么时候? 任何时候你吃小麦.

在美国栗树的枯萎溃疡病边缘取样组织.