甘蔗是一種重要的作物，是全球80%的糖和26%的生物乙醇的來源。但它對環境的影響很大，意味着有很多改進的餘地。不幸的是，培育新品種既麻煩又費時，但現在研究人員利用CRISPR基因編輯技術，可以更快、更容易地實現這一目標。
顯然，甘蔗是製造蔗糖的主要原料，但這並不是它的唯一產品–葉子和莖中的油常常被用來製造生物乙醇，用於生產更環保的燃料和塑料。但這些並不便宜–甘蔗在許多國家佔據了很大比例的農田，這助長了森林砍伐。它還需要大量的水來種植，並在加工過程中產生大量的廢物和污染。
其中一些問題可以通過植物的新品種來解決，但由於甘蔗的基因組很複雜，雜交的難度令人沮喪。它需要大量的反反覆復工作，從不需要的性狀中篩選出理想的性狀，因此新的品種可能需要數年時間來培育。
這就是CRISPR的作用。這種強大的基因編輯工具使科學家能夠關閉基因或將其切掉，並以更有用的基因來取代它們。它可以用於治療一系列疾病，也可以用於改善農作物–現在研究人員已經使用CRISPR開發了幾個甘蔗新品種。
儘管CRISPR編輯已經變得很普遍，但這標誌着該技術首次被成功用於甘蔗。這是因為這一複雜的基因組再次帶來了障礙，它有幾條染色體和許多冗餘的基因拷貝。為了進行有用的編輯，科學家需要針對涉及某一特定性狀的多個區域進行編輯。
在新研究中，該團隊專註於幾個能對植物的外觀產生明顯變化的基因，因此很容易看到它的作用。在第一項研究中，研究小組關閉了一個產生鎂螯合酶的基因的幾個副本。這種酶幫助植物產生葉綠素，因此被編輯的植物的葉子變成淺綠色或黃色。綠色的植物似乎需要更少的氮肥來生長，同時仍然產生相同數量的生物量。
第二項研究表明，用更好的版本替換個別核苷酸，可以使甘蔗對除草劑有更好的抵抗力。通常情況下，這些化學品可以抑制植物中的某些基因，但編輯使它們更有彈性，這樣需要的除草劑就會減少。
這兩項突破可以為培育有用的甘蔗新品種開闢一條更有效的途徑，以解決眾多環境問題。
這兩項研究的首席研究員Fredy Altpeter說：“現在我們有了非常有效的工具，可以將甘蔗改造成具有更高生產力或改善可持續性的作物。這很重要，因為甘蔗是為新興生物經濟提供燃料的理想作物。”
這兩項研究都發表在《基因組編輯前沿》（Frontiers in Genome Editing）雜誌上。