基因組編輯技術(shù)是最新發(fā)展起來的植物基因功能研究及定向育種的重要手段。在植物中實(shí)現(xiàn)基因組編輯的常規(guī)方法是將序列特異性核酸酶（如CRISPR/Cas9）的編碼DNA轉(zhuǎn)化植物細(xì)胞，穩(wěn)定表達(dá)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目的基因的定點(diǎn)編輯。12個(gè)全球著名研發(fā)團(tuán)隊(duì)從不同角度闡述了植物基因編輯技術(shù)的研究進(jìn)展和發(fā)展方向。具體為：

        1、Calyxt公司Daniel F. Voytas帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)詳細(xì)介紹了基因編輯的幾種形式（SNP、InDels、大片段缺失和插入）以及在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用案例，包括通過編輯水稻中的GW2、GW5、TGW6或小麥中的GASR7基因增加作物產(chǎn)量，編輯Os11N3、MLO基因增強(qiáng)抗病性，修飾EPSPS和ALS實(shí)現(xiàn)雜草控制，調(diào)控AGROS8表達(dá)增加抗逆性，抑制FAD基因提高食用油品質(zhì)，敲除Vlnv增加馬鈴薯儲(chǔ)藏和烹調(diào)品質(zhì)，增加ANT1表達(dá)以增強(qiáng)番茄中的花青素含量。此外，作者也對(duì)如何通過提高轉(zhuǎn)化效率以突破基因編輯技術(shù)的應(yīng)用瓶頸以及如何優(yōu)化編輯育種流程給出了建議。

        2、杜邦先鋒公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)詳細(xì)介紹了幾個(gè)玉米和大豆基因編輯產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)過程，包括敲除Wx1產(chǎn)生的糯玉米，編輯ALS產(chǎn)生的抗磺酰脲類除草劑玉米和大豆，改變ARGOS8啟動(dòng)子產(chǎn)生的抗旱玉米以及使用定點(diǎn)插入技術(shù)開發(fā)的復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因玉米和大豆。

        3、陶氏益農(nóng)公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)著重介紹了最早的基因編輯技術(shù)——鋅指核酸酶（ZFNs）的編輯特點(diǎn)和應(yīng)用情況。同時(shí)，作者介紹了該公司基于ZFNs而開發(fā)的精準(zhǔn)基因編輯技術(shù)EXZACT™在基因修飾、位點(diǎn)特異性基因整合、染色體編輯等方面的應(yīng)用情況。

        4、內(nèi)布拉斯加大學(xué)的Donald P. Weeks詳細(xì)介紹了基因編輯技術(shù)在多倍體植物中的應(yīng)用情況。復(fù)雜的多倍體基因組要求對(duì)所有等位基因的編輯必須全部完成才能獲得需要的表型性狀，這無疑增加了編輯的難度。通過設(shè)計(jì)多個(gè)SgRNA實(shí)現(xiàn)等位基因的同時(shí)突變的方法逐漸克服了這一障礙。如今，基因編輯技術(shù)已在小麥、亞麻、油菜、馬鈴薯、棉花、花生、甜菜、柑橘、蘋果等多倍體植物中成功應(yīng)用。

        5、受基因組大小、轉(zhuǎn)化效率等所帶來的便利性，水稻中的基因編輯操作起來相對(duì)容易。愛荷華州立大學(xué)的楊兵團(tuán)隊(duì)詳細(xì)介紹了基因組斷裂修復(fù)的兩種機(jī)制HDR和NHEJ的特點(diǎn)以及水稻中基因編輯技術(shù)，包括TALEN、CRISPR/Cas9、CRISPR/Cpf1和Base Editor的各自特點(diǎn)和應(yīng)用情況。
        6、增加抗逆性是作物遺傳改良的重要目標(biāo)。日本德島大學(xué)（Tokushima University）的Yuriko Osakabe團(tuán)隊(duì)介紹了利用編輯技術(shù)增加植物基因組變異位點(diǎn)，從而改善植物對(duì)非生物逆境信號(hào)的應(yīng)答，實(shí)現(xiàn)抗逆效果的策略。

        7、賓夕法尼亞大學(xué)楊亦農(nóng)團(tuán)隊(duì)?wèi){借防褐變的蘑菇獲得了全球第一例基因編輯食品的商業(yè)化許可。如今，該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)介紹了基于CRISPR/Cas9系統(tǒng)的多重基因組編輯技術(shù)的應(yīng)用前景。這些技術(shù)包括，表達(dá)多個(gè)gRNAs、基于Csy4的剪切、CrRNAs陣列、RGRs（ribozyme-flanked gRNAs）、利用tRNA加工產(chǎn)生多個(gè)gRNAs、將多個(gè)gRNAs預(yù)裝到cas9蛋白上等。多重基因組編輯不僅可以提升對(duì)單個(gè)基因的編輯效率，而且能夠?qū)崿F(xiàn)多基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)修飾。
        8、華南農(nóng)大劉耀光團(tuán)隊(duì)著重介紹了CRISPR/Cas9系統(tǒng)在水稻功能基因組研究以及創(chuàng)建突變基因方面的特點(diǎn)、效率、影響因素等。同時(shí)他們系統(tǒng)歸納了CRISPR/Cas9在創(chuàng)建水稻突變體上的特點(diǎn)、效率、影響因素以及突變位點(diǎn)分析的方法。該團(tuán)隊(duì)利用編輯技術(shù)干涉水稻內(nèi)源基因TMS5以創(chuàng)建溫敏不育系，突變OsERF922以增強(qiáng)水稻抗病性，敲除OsABCG26和OsTCD10以研究基因功能。

        9、CRISPR/Cas9技術(shù)的發(fā)展如今面臨著兩個(gè)重要障礙：沒有更好的啟動(dòng)子以實(shí)現(xiàn)時(shí)空特異性剪切；沒有更好的技術(shù)手段檢測編輯的遺傳穩(wěn)定性和排查外源片段殘留。加州大學(xué)圣地亞哥分校的趙云德團(tuán)隊(duì)為我們介紹了其開發(fā)的基于核糖酶的CRISPR/Cas9技術(shù)。該技術(shù)不僅使得啟動(dòng)子的選擇范圍更寬，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)基因組的時(shí)空特異性剪切。結(jié)合熒光篩選，該技術(shù)可以產(chǎn)生出Cas9-free的穩(wěn)定編輯植株。這極大拓寬了基因編輯技術(shù)在育種開發(fā)上的應(yīng)用空間。
        10、增加植物的抗病性是基因編輯技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。除了對(duì)植物基因組進(jìn)行修飾外，我們還可以干涉病原菌基因。沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(xué)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)向我們介紹了利用基因編輯技術(shù)干涉DNA或RNA病毒基因組，從而影響其侵染過程，避免植物感染致病的免疫策略。

        11、豆科植物與根瘤菌的共生固氮過程是生物界非常普遍的現(xiàn)象，也對(duì)自然界的氮素循環(huán)和提升豆科植物產(chǎn)量有著十分重要的意義。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院/農(nóng)業(yè)微生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室端木德強(qiáng)課題組介紹了基因編輯技術(shù)在豆科植物與根瘤菌共生固氮研究中所取得的成果。共生固氮過程中的調(diào)控基因功能研究，代謝途徑解析以及改良非豆科植物以賦予其固氮能力從而減輕對(duì)氮肥的依賴，這些都需要基因編輯技術(shù)的參與。

        12、利用基因編輯技術(shù)可以開發(fā)出不含轉(zhuǎn)基因成分的產(chǎn)品，從而避免后期繁雜的安全評(píng)價(jià)過程，這是編輯育種被熱捧的重要原因。然而，愛荷華州立大學(xué)轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品生物安全研究所的Jeffrey D.Wolt告訴我們應(yīng)該如何從法規(guī)和監(jiān)管的角度看待基因編輯產(chǎn)品。由于基因編輯技術(shù)存在著編輯的隨機(jī)性以及脫靶效應(yīng)，如何驗(yàn)證編輯位點(diǎn)的遺傳穩(wěn)定性，如何證明未產(chǎn)生非預(yù)期變異，以及確認(rèn)編輯產(chǎn)品確實(shí)不含有外源插入序列將成為基因編輯產(chǎn)品法規(guī)審批和安全監(jiān)管的重要內(nèi)容。 返回小木蟲查看更多