蟲蟲危機也可成為農作物轉機?

生物技術和醫學創新已經很大程度的改變了今日的世界,如果你還把所有的昆蟲都當作是害蟲,那麼就準備要跌破眼鏡吧。在中國,已經由政府領軍利用自然界廣泛存在的有益昆蟲,捕食害蟲,從而持續控制蟲害發生,從源頭上避免或減少農藥使用,進行主動防治的綠色革命。但是除了利用自然的力量以外,科學家們還能用怎樣創意的思考解決人類過度依賴農藥的問題呢?的確,在美國已經有科學家聲稱能透過創新的生物技術,釋放特定的昆蟲到農田中,讓生病的農作物重獲健康,利用最新生物科技擺脫近代農作物長期依賴農藥的問題。

育種不能解決的問題 蟲蟲可以

目前農業流行的育種技術,通常可以生產出有效抵抗破壞性疾病的植物種子,但是這個過程可能需要耗費五到七年的時間鑑定出相關的保護性基因,另外再花上十年或更長的時間在植物群中培育出包含繁殖所需要性狀的種子。一旦有新的疾病出現,威脅到成熟的農作物,除了昂貴和常常含有毒性的農藥外,往往沒有其他快速的特效藥可供農民和科學家迅速採用。為了解決這些問題,美國國防高等研究計劃署(Defense Advanced Research Projects Agency, 簡稱 DARPA)的科學家想到利用昆蟲與植物的自然關係。他們認為昆蟲可以做為載體,將攜帶有益遺傳性狀的病毒,傳播給所寄生的成熟植物,以快速對抗環境與生物帶來的各種災害或威脅。利用這種獨特的創新方式,應可有效應對農業環境中新出現的威脅,甚至還能對抗國際間的農業生物恐怖主義以及確保合成生物科技大量生產下的糧食安全與產量。

「我們想要做的嘗試是創造出能夠穩定國內和國際間食品供應量的有效工具,」DARPA 該計劃的專案負責人,Blake Bextine 博士說。此計畫希望使用基因治療的方法來保護和恢復農作物免受疾病或天災及生物威脅。基因治療使用無害病毒作為載體,將新的遺傳物質攜帶到細胞中,以試圖糾正或逆轉疾病症狀。科學家認為昆蟲是大多數植物病毒的天然攜帶者,可以將防禦基因植入到農作物上,且昆蟲的優勢在於可以在同一生長季節快速繁殖和釋放。

蟲蟲同盟計畫 正式啟動

DARPA 為了實現這個願景,展開一個昆蟲同盟計畫(Insect Allies),2016 年 11 月 18 日正式宣布啟動,此計畫奠基於利用基因遺傳修飾的高特異性加上快速的植物基因吸收,可以使農作物在短暫的單一生長季節內也能免受疾病的威脅。並且廣徵學術和工業科學家的建議,以開發能夠攜帶和傳遞遺傳物質到成熟植物的植物病毒。首先,調查人員必須先弄清楚哪些昆蟲物種能傳播什麼樣的病毒。

計畫的基因治療實驗設定在實驗室或其他封閉空間內進行真實情境模擬,總共分為三期,共歷時四年:第一期為期 12 個月,目標為在實驗室內篩選出適合攜帶單一轉基因的合適病毒、昆蟲,與選出待植入的標的植物。第二期,為期 18 個月,目標為產生用於將修飾過的病毒傳播到成熟農作物的昆蟲載體,此階段實驗將擴大到溫室進行。第三期為期 18 個月,預計透過昆蟲將有益的遺傳功能成功引入成熟農作物。DARPA 希望在四年後,計劃的願景能獲得實現。

與蟲蟲同盟 好處多多

Blake Bextine 博士指出與昆蟲結盟的方法優於傳統昂貴且效率不彰的殺蟲劑噴灑方式,因為這些大量生產的殺蟲劑從來沒有達到所設定的預期目標,更別說其所帶來的環境災害跟殘留於農作物上可能被消費者食用進身體的有害化學物質。由於環保意識抬頭,現在噴灑農藥的方式在發展中國家越來越少見。

俄克拉何馬州立大學國家微生物法醫學與食品與農業生物安全研究所的創始人 Jacqueline Fletcher 指出,研究人員一直在研究如何治療一種被稱為綠化的細菌性疾病,這種疾病會經由昆蟲傳播,在過去十年間已經摧毀了佛羅里達州的柑橘作物。DARPA 的專案計畫將有希望針對這種農作物疾病發展出有效的治療方式。

如果計劃成功,此創新技術更有希望用於世界許多重要的經濟農業作物上,如美國的玉米、小麥、大豆,以及許多發展中國家,特別是撒哈拉以南非洲的主要作物──木薯,並且這個生物科技上的大躍進將改寫人類修飾植物遺傳基因的歷史,從基因修改植物胚胎跨到能直接修飾成熟植物的基因,對於未來的農業發展會是一大突破。

參考文獻:

  1. https://www.technologyreview.com/s/603004/to-cure-crop-disease-faster-add-bugs/
  2. http://www.darpa.mil/news-events/insect-allies-proposers-day
  3. http://www.darpa.mil/news-events/2016-10-19
  4. http://www.contractrandd.com/?p=3264

 

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