中科院明星學(xué)者發(fā)表CRISPR重要成果

2016年09月05日訊 CRISPR/Cas9是精確改寫(xiě)基因組的便捷工具。不過(guò)，在難轉(zhuǎn)化的植物中進(jìn)行CRISPR/Cas9基因組編輯在技術(shù)上還有一定的挑戰(zhàn)，往往會(huì)產(chǎn)生令人擔(dān)憂的轉(zhuǎn)基因中間產(chǎn)物。中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的科學(xué)家們解決了這個(gè)問(wèn)題。

CRISPR是規(guī)律成簇的間隔短回文重復(fù)（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）的縮寫(xiě)。CRISPR與內(nèi)切酶Cas9是一對(duì)好基友，細(xì)菌依靠它們組成的防御系統(tǒng)對(duì)抗外來(lái)侵略者。CRISPR-Cas9能夠在引導(dǎo)RNA的指引下，靶標(biāo)并切割入侵者的遺傳物質(zhì)。2012年研究者們利用這一特點(diǎn)，將CRISPR系統(tǒng)發(fā)展成了強(qiáng)大的基因組編輯工具。該系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單而且擴(kuò)展性強(qiáng)，很快便成為了生物學(xué)領(lǐng)域最耀眼的明星。

植物基因組一般比較復(fù)雜（尤其是小麥），一直是基因組編輯的難題。為了對(duì)植物進(jìn)行CRISPR/Cas9基因組編輯，研究人員開(kāi)發(fā)出了簡(jiǎn)單而有效的方法。他們?cè)谟鷤M織細(xì)胞中瞬時(shí)表達(dá)CRISPR/Cas9的DNA或RNA，然后用這些細(xì)胞再生出整個(gè)植株。研究顯示，以瞬時(shí)表達(dá)為基礎(chǔ)的基因組編輯系統(tǒng)高度有效，能夠在T0代生成無(wú)轉(zhuǎn)基因的、純合的小麥突變體。

研究人員將自己的基因組編輯方法用于六倍體面包小麥和四倍體硬粒小麥，這樣生成的突變體沒(méi)有任何可檢出的轉(zhuǎn)基因。研究指出，這種方法可以應(yīng)用到其他植物中去，加快植物基因組工程研究的速度。

今年六月Nature網(wǎng)站發(fā)表了一篇題為“Science stars of China”的新聞特寫(xiě)，介紹了在太空科學(xué)、生物學(xué)、海洋研究、物理學(xué)、極地探險(xiǎn)和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響的中國(guó)頂尖高手?；蚓庉媽＜腋卟氏季褪巧飳W(xué)領(lǐng)域的代表人物之一，她的團(tuán)隊(duì)率先將革命性的基因編輯工具用于農(nóng)作物，特別是小麥和水稻。

今年三月，Nature Biotechnology雜志通過(guò)二十周年特刊盤(pán)點(diǎn)了這些年引用最高的一些精品論文，其中就包括中科院高彩霞和邱金龍研究組的小麥基因組編輯研究。小麥?zhǔn)橇扼w，擁有三個(gè)類似但不完全相同的基因組?；蚪M編輯必須正確改寫(xiě)小麥靶基因的每一個(gè)拷貝，才能生成有效的性狀。高彩霞研究員與中科院微生物研究所的邱金龍研究員領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)，利用TALEN和CRISPR-Cas9技術(shù)攻克了這一難題。他們?cè)谛←溨型瑫r(shí)編輯了MLO基因的三個(gè)拷貝，讓小麥獲得了很強(qiáng)的白粉病抗性。這種小麥后來(lái)被Calyxt公司看中，今年將開(kāi)展相應(yīng)的田間試驗(yàn)。

CRISPR/Cas9基因組編輯技術(shù)給分子生物學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了一場(chǎng)變革。研究者們只需使用細(xì)菌核酸酶Cas9和引導(dǎo)酶切位點(diǎn)的短RNA，就能夠在活體生物中有效敲除或者改變基因序列。與如火如荼的動(dòng)物研究相比，植物CRISPR研究是一個(gè)比較冷門的方向。這就像是一塊沒(méi)有被完全開(kāi)發(fā)的景點(diǎn)，走進(jìn)去往往可以領(lǐng)略到不一樣的風(fēng)景。

MIT Technology Review雜志二月份發(fā)布了2016年度10大突破技術(shù)，免疫改造、植物基因編輯、可回收火箭、特斯拉自動(dòng)駕駛等技術(shù)上榜。編輯認(rèn)為，這些技術(shù)在過(guò)去一年建立了令人印象深刻的里程碑。未來(lái)5到10年內(nèi)，我們就能看到基因編輯在植物和作物上的應(yīng)用，讓它們更有效地抵御干旱和疾病，為人類生產(chǎn)更多的食物。

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