12萬年植物演化濃縮於數日：培育超級作物的競賽

隨著全球人口持續增長，為確保糧食安全，創新解決方案勢在必行。在土地和養分有限的情況下，慕尼黑工業大學（TUM）的研究人員正探索利用連續定向演化來提高作物產量的方法。領導這項研究的烏爾尚・巴瑟博士，闡述了該專案的目標、對糧食安全的潛在影響，以及慕尼黑工大魏恩施泰芬校區在推動這項研究中的作用。

記者問：烏爾尚・巴瑟博士，您正在從事植物定向演化研究，具體目標是什麼呢？

巴瑟博士答：我和我的團隊正在研究壽命短暫的植物酶。由於這些酶的壽命短，它們必須經常被替換，消耗了植物大量的資源。我們的目標是透過定向演化，也就是有針對性的改造，來延長這些酶的壽命。這樣一來，更新這些酶所需的資源就會減少，從而使更多的能量用於植物生長。我們希望以此提高作物產量，為糧食安全做出貢獻。

記者問：這被稱為連續定向演化，聽起來簡直像科幻小說。這個過程究竟包含哪些內容呢？

巴瑟博士答：我們所做的實質上是在極短的時間內完成演化。在自然界中，DNA會透過基因突變不斷發生變化，只不過突變的頻率很低。如果這些突變在資源競爭和生存競爭中提供了優勢，那麼具有突變基因組的生物體就會勝出，這就是所謂的「適者生存」。在實驗室裡，我們將「適者生存」的原理應用於短壽命的酶。我們誘導目標基因產生更高的突變率，並測試由此產生的突變在資源競爭中的表現。

為了加快這個過程，我們不會直接在植物中進行這些改造，而是在快速繁殖的模式生物中進行，在我們的案例中是酵母。這樣，我們可以在實驗室裡僅用幾天時間就完成植物12萬年的演化。

記者問：然後將修改後的基因轉移到植物中嗎？

巴瑟博士答：確實如此。一旦我們透過突變在酵母中對植物酶進行了演化，我們會將編輯後的基因序列重新引入作物中。在這一步，我們將使用番茄植株，因為它們在基因操作上非常容易。我們將研究這些攜帶輕微改變基因序列的植物，並檢查引入的突變是否真的產生了預期的效果。透過適當的實驗，我們可以測試編輯後的酶在植物中是否也具有較長的壽命，從而有可能提高產量。

記者問：您為什麼選擇慕尼黑工大以及漢斯・艾森曼論壇來開展這個專案呢？

巴瑟博士答：在尋找研究地點時，我發現慕尼黑工大布裡吉特・波彭伯格教授的教席是最合適的。我們有共同的研究興趣，而且現場的基礎設施，包括研究實驗室的裝置，非常適合這個專案。學術環境也有利於組建由巴伐利亞精英網路資助的研究小組。我們的團隊成員不僅來自慕尼黑工大，還來自中國和南美洲。如果追求卓越，就必須有全球視野，而在這裡可以實現這一點。慕尼黑工大吸引了來自世界各地的研究人員，因此我們可以與國際團隊一起進行最高水平的研究。

記者問：巴伐利亞精英網路對初級研究小組的資助如何支援您的研究呢？

巴瑟博士答：巴伐利亞精英網路的資金支援以及與博士學院的聯絡，使組建這樣一個大型團隊成為可能。多虧了這筆資助，我們在團隊中有了更多的職位，這當然使研究工作更加順利。然而，資助不僅僅是資金方面的支援。軟技能在學術生涯中也起著至關重要的作用。應對諸多要求，如國際研究訪問、清晰的科研形象和論文發表，可能具有挑戰性。作為資助專案的一部分，博士學院為博士生提供了一個很好的交流想法和出國交流的機會。

烏爾尚・巴瑟曾在哈雷 - 維騰貝格學習，並在萊布尼茨植物生物化學研究所獲得博士學位。在美國佛羅裡達大學進行研究停留後，她獲得巴伐利亞精英網路的資助，加入了布里吉特・波彭伯格教授的園藝作物生物技術教席。