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《麻省理工科技評(píng)論》基因組編輯的馬鈴薯
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http://www.agrogene.cn/info-2446.shtml 提要：植物科學(xué)家現(xiàn)在可以快速獲得改良作物，而傳統(tǒng)育種則需要很多年才可以達(dá)到相同效果。 基因農(nóng)業(yè)網(wǎng)（劉杰）編譯報(bào)道：Dan Voytas是明尼蘇達(dá)大學(xué)的一位植物科學(xué)家，但是就在幾天前，他放棄了DNA遺傳工程的基礎(chǔ)研究，轉(zhuǎn)而投身于附近的一個(gè)名為Cellectis Plant Sciences的公司。他要將自己的研究成果應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。 他們最新的成果已在本月的一份植物學(xué)雜志中有詳盡描述，是稱之為Ranger Russet的馬鈴薯。這種馬鈴薯不會(huì)在常規(guī)的低溫儲(chǔ)存過程中積累甜的糖類，這樣馬鈴薯可以保存更長時(shí)間并且當(dāng)它油炸時(shí)不會(huì)像其他品種那樣產(chǎn)生丙烯酰胺這種致癌物質(zhì)。 這種與眾不同的馬鈴薯采用了基因組編輯技術(shù)改良而來�；蚪M編輯技術(shù)是一種新的可以改變DNA的技術(shù)，由于其操作簡(jiǎn)單并且功能強(qiáng)大，許多植物科學(xué)家將其稱之為革命性技術(shù)。這一技術(shù)的產(chǎn)品通�？梢员苊獗池�(fù)轉(zhuǎn)基因的“惡名”以及經(jīng)受嚴(yán)厲的監(jiān)管。 在Ranger Russet馬鈴薯的例子中，Voytas所用到的是稱之TALENs的基因組編輯技術(shù)，這一技術(shù)除了刪除植株DNA中的幾個(gè)堿基之外不會(huì)帶來其他影響。此次改良僅僅只是讓一個(gè)將蔗糖分解成葡萄糖和果糖的基因失活，如果這個(gè)基因不起作用，那么馬鈴薯可以保存很久而不失其味。 這種馬鈴薯是許多植物科學(xué)家所說的下一代遺傳改良作物的雛形。許多小公司認(rèn)為，有了基因組編輯技術(shù)，他們就可以在投入較少的情況下快速開發(fā)出新的品種出來，甚至是在那些還沒有被生物技術(shù)公司所涉足的物種，比如牛油果、高粱和裝飾類花等等。 目前已商業(yè)化種植的大多數(shù)轉(zhuǎn)基因作物都是將細(xì)菌的基因整合到作物基因組中，以使其具有抗蟲或抗除草劑的優(yōu)良性狀。公眾的反對(duì)以及嚴(yán)厲的監(jiān)管使得研發(fā)這些轉(zhuǎn)基因作物成本很高，這也是為什么幾乎所有的轉(zhuǎn)基因作物都是大面積種植、有利可圖的作物，比如大豆、玉米和棉花；同時(shí)這也是為什么僅有少數(shù)大公司有轉(zhuǎn)基因作物品種，比如孟山都和杜邦公司。 在2014年8月份，美國農(nóng)業(yè)部對(duì)Cellectis Plant Sciences公司說，他們的產(chǎn)品不會(huì)受到類似于轉(zhuǎn)基因作物那樣的監(jiān)管。這意味著Ranger Russet無需在圍欄圍起來的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試并需要提供大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明其安全性，其有可能可以快速進(jìn)入市場(chǎng)。兩年前，美國農(nóng)業(yè)部也對(duì)陶氏益農(nóng)（Dow AgroSciences）公司研發(fā)的一種DNA編輯技術(shù)產(chǎn)生的玉米品種得出了類似結(jié)論，這一品種目前還沒有在市場(chǎng)上銷售。 科學(xué)家認(rèn)為類似這種馬鈴薯的產(chǎn)品只是基因組編輯技術(shù)應(yīng)用于植物育種的開端，這種技術(shù)使得更為復(fù)雜的遺傳工程改良成為現(xiàn)實(shí)，包括對(duì)光合作用的操控以使植物長得更快、產(chǎn)量更高。愛荷華州立大學(xué)的一位植物研究員Martin Spalding表示，“這一技術(shù)為我們提供了無限可能！” 目前，這一技術(shù)用于植物改良是一種非常溫和的方式�！斑@一技術(shù)的首輪應(yīng)用僅僅只是移除了組成植物基因組的幾個(gè)堿基對(duì)而已”，賓夕法尼亞州立大學(xué)的楊亦農(nóng)（Yinong Yang）說。正如研究者在馬鈴薯中所做的那樣，通過“敲除”掉合適的基因，研究者可以賦予改良植株一些更有價(jià)值的性狀，。 下一步將是改變植物DNA的堿基組成——通過將某一品種的植物中特定基因改造成同一物種中另一品種同一基因的等位基因來賦予植物優(yōu)良性狀，比如抗病。目前有一個(gè)抗白葉枯病的水稻品種，其與商業(yè)化種植的品種僅僅只在某個(gè)基因上有幾個(gè)堿基的差別。楊亦農(nóng)說，“我們可以就像人類的基因治療一樣，只將商業(yè)品種的那個(gè)位置改變成具有抗性的�！彼�提到他目前正在就生產(chǎn)基因組編輯水稻品種的合同進(jìn)行談判。 對(duì)于Voytas來說，這不是他第一次研發(fā)出基因組編輯作物。十多年前，他成立了一個(gè)名為Phytodyne的公司并利用早期稱之為鋅指核酸酶的技術(shù)來研發(fā)基因組編輯作物，但是在陶氏益農(nóng)公司支付高達(dá)五千萬美元以獲得這一技術(shù)在植物中的獨(dú)家使用權(quán)后，這個(gè)公司就被迫關(guān)門了。 2011年，法國生物技術(shù)公司Cellectis任命Voytas為植物改良部門的首席科學(xué)家，他就迅速組建了新的團(tuán)隊(duì)。但是由于另一基因組編輯系統(tǒng)——巨核酶技術(shù)被證明應(yīng)用起來有巨大困難并且其還與其他公司有專利糾紛，于是起步甚是艱難。 Voytas不得不回到實(shí)驗(yàn)室，并最終與其他人同時(shí)發(fā)明了一種新的基因組編輯技術(shù)——一種利用經(jīng)遺傳改造產(chǎn)生的特殊蛋白質(zhì)的稱之為TALENs的技術(shù)。這一技術(shù)很快就用于生產(chǎn)Cellectis的馬鈴薯以及油份含量很高的大豆。自那之后，Voytas和Cellectis也在采用一種新的技術(shù)，稱之為CRISPR。 Voytas說這種馬鈴薯的研發(fā)僅需要一年。他說，“如果你用傳統(tǒng)育種的方法做同樣的事情，那可能需要十年的光陰�！� Cellectis Plant Sciences的CEO——Luc Mathis說：“總體來說，研發(fā)這個(gè)馬鈴薯品種的成本只有研發(fā)轉(zhuǎn)基因作物——如玉米和大豆，并將其推廣到市場(chǎng)的成本的十分之一。我們?nèi)匀恍枰恍⿺?shù)據(jù)，但是這不會(huì)是一個(gè)很大的問題�！彼栽谂c監(jiān)管者溝通，以確定他們?cè)趯⑵渫茝V到市場(chǎng)之前還需要做哪些工作。 一旦明尼蘇達(dá)州天氣轉(zhuǎn)暖，Cellectis公司就會(huì)進(jìn)行種植這種馬鈴薯，此次種植將會(huì)決定這種馬鈴薯是否像在溫室里那樣具有很好的收益。“我們還需測(cè)試這種馬鈴薯在低溫條件下的儲(chǔ)存”，Mathis說，“一旦我們有了實(shí)際種植證據(jù)，我們就會(huì)與農(nóng)民進(jìn)行洽談。” Kevin Folta是佛羅里達(dá)大學(xué)的一位園藝學(xué)教授。他說，今年年初有約50位包括科學(xué)家和律師在內(nèi)的專家齊聚亞利桑那州，在那里商討基因組編輯技術(shù)以及如何制定行業(yè)守則來應(yīng)對(duì)美國和國外的監(jiān)管�！叭魏窝芯恐参镞z傳工程的人都在積極追捧這種技術(shù)，尤其是研究那些具有復(fù)雜基因組或者很難用其他方法的育種家”，他說到，“大量作物改良需要好的解決方案�；蚪M編輯技術(shù)也可以應(yīng)用于柑橘改良，而用傳統(tǒng)育種想達(dá)到相同效果，可能需要150年！” Folta稱反對(duì)轉(zhuǎn)基因的人士不在會(huì)議邀請(qǐng)之列，“邀請(qǐng)那些從非科學(xué)角度來看待問題的人只會(huì)搞砸這次討論，他們反對(duì)任何技術(shù)！” |
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