科罗拉多州立大学的研究人员取得了一项突破性成果，他们开发出一种可以随意开启或关闭植物关键遗传特性的工具，相关研究发表在《美国化学学会合成生物学》(ACS Synthetic Biology)上，这也是合成基因“拨动开关”首次应用于成熟植物。

合成生物学家通过设计并构建新的DNA片段，将其插入生物体，使其像电子设备或计算机中的电路一样工作。科罗拉多州立大学团队研发的“拨动开关”，可在施加外部信号时打开或关闭基因。此前，这种基因拨动开关仅用于细菌等单细胞生物。此次研究由该校生物系的June Medford教授和化学与生物工程系的Ashok Prasad教授领导。

梅德福教授表示，这项跨学科研究具有丰富的实际应用，尤其在农业领域潜力巨大。例如，可利用该开关更好地控制水果的成熟时间，未来还能调控任意数量的性状，不过挑战在于如何将其植入完全发育的生物体中。她指出，植物的多细胞特性使其成为复杂挑战，但此次研究是编程植物完成各种以前不可能完成的有用任务的充满希望的第一步。

论文详细描述了团队的工作：合成相关植物DNA片段，利用数学建模围绕两个关键基因设计潜在遗传“切换”系统。通过该方法，团队在计算机上混合和匹配各种可能的组合，直至找到有效组合，随后用选定的DNA序列转化植物，并在12天内跟踪结果以量化变化。梅德福称，论文中所展示的概念验证是一个漫长且反复的过程。

此次研究真正实现了定量研究与数学建模的结合，旨在可预测地设计植物功能以满足各种需求。同时，该研究也开辟了一种可能性，即未来类似的基因电路设计可通过机器学习实现自动化，加快这一进程。

研究表明这些电路在整个植物中发挥作用，可用于调节生命周期不同阶段的芽和细胞。普拉萨德教授表示，这意味着这些开关能用来启动不同的植物功能，以支持粮食安全或材料开发。面对变幻莫测的气候，农民可通过“开启”开关控制作物生长状态，使其具备抗旱能力，或帮助南瓜等植物提早生长，保持作物大小和营养。他称，这项突破对人类和环境的应用几乎是无穷无尽的。

更多信息： Tessema K. Kassaw 等人，《植物遗传切换开关》，ACS Synthetic Biology(2025)。