「飲鴆止渴」的ClvR系統是否是消滅雜草的新希望？

自從科學家發現細菌的免疫系統之一「CRISPR」之後，很快它就因為能夠精準地辨認並插入基因序列而受到關注，並立即開發出了「基因編輯」（gene editing）技術。而開發以CRISPR進行基因編輯的科學家也因此在2020年獲頒諾貝爾化學獎。

但是，能精準辨認並插入基因的能力，讓CRISPR的應用絕不止於基因編輯。最近，研究團隊開發出了所謂的「Cleave and Rescue」（ClvR）系統，能夠製造出「不育性植物」，讓雜草絕跡。

雜草本來就是農業上的重要問題，但是現在已經變成全世界的大問題了。為什麼呢？

原來，包括孟山都、道禮、先正達、杜邦等生技公司，先後將所謂的「抗除草劑」基因植入農作物，然後跟農夫說，只要你們種植這些「抗除草劑」農作物，接著除草就很省事。

於是農民就開始大量的噴灑包括嘉磷塞（年年春）、2,4-D等除草劑。一開始真的很好用，畢竟雜草並沒有抗除草劑的能力，當作物因為「抗除草劑」基因不再害怕除草劑，農夫就可以放心大量噴灑，不必小心翼翼地避開農作物。

但是，雜草也需要生存。植物原本就很容易產生多倍體，大量噴灑除草劑，因為嘉磷塞、2,4-D等都是影響植物本身的代謝，植物原本就帶有相關的基因，於是表現相關基因較高量的植物就有了生存的優勢。久而久之，抗除草劑的「超級雜草」就出現了。

超級雜草現在在世界的許多地方都是非常嚴重的問題。尤其在粗放耕作的區域（如美國），超級雜草的問題非常嚴重。

那麼，ClvR系統如何製造不育性雜草呢？

這個系統的原理是，它帶有Cas9、gRNA以及救援基因。其中Cas9與gRNA會瞄準並切割植物的某一個必需基因（A基因），而救援基因則是A基因的抗切割版本，所以植物不會因為A基因被破壞而死亡。

ClvR系統原理。圖片來源：Science

但是，他們將ClvR插入的位置，卻會造成植物無法生育，因為那個位置是一個生育必需的基因（B基因），而且ClvR沒有攜帶B基因的救援版本。由於ClvR上帶有A基因，而A基因是植物生存必需，所以植物無論如何都會留著ClvR，因為沒有它植物就死掉了。而且，這個篩選從配子（花粉與胚珠）階段就發生了。

但是，帶有ClvR的就沒有生育能力。也就是說，植物為了保留ClvR讓自己活命，卻犧牲了自己的生育能力，於是這些植物就會慢慢地滅絕。

我覺得這個原理可以用「飲鴆止渴」來形容，畢竟為了讓自己活下去，卻讓自己的生育能力受損，長遠來說是非常不划算，但是卻也無法抵抗...事實上，研究團隊發現，這個系統所帶的基因，傳播到下一代的機率高達95-100%。

研究團隊估計，利用這個方法，可以在10到30代之後讓整個雜草群體都變成「不育性雜草」。當然，這樣做可能會牽涉到一些倫理問題，例如說這些雜草可能是某些動物重要的食物，把它們滅絕了，難道不會對環境造成傷害嗎？另外是，植物本來就很容易產生多倍體或是發生基因重複等現象，ClvR系統真的能那麼成功嗎？還是只是製造了更多超級雜草？這些都是我們在真正要使用這個系統之前需要考慮的問題。

參考文獻：

Oberhofer, G., Johnson, M.L., Ivy, T. et al. Cleave and Rescue gamete killers create conditions for gene drive in plants. Nat. Plants 10, 936–953 (2024). https://doi.org/10.1038/s41477-024-01701-3