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    《麻省理工科技評論》|基因組編輯的馬鈴薯

    2015-05-03 16:20 | 作者: 劉杰 | 標簽: 基因組編輯


    Cellectis公司的馬鈴薯植株

    提要植物科學家現在可以快速獲得改良作物,而傳統育種則需要很多年才可以達到相同效果。

    基因農業網(劉杰)編譯報道:Dan Voytas是明尼蘇達大學的一位植物科學家,但是就在幾天前,他放棄了DNA遺傳工程的基礎研究,轉而投身于附近的一個名為Cellectis Plant Sciences的公司。他要將自己的研究成果應用于生產實踐。

    他們最新的成果已在本月的一份植物學雜志中有詳盡描述,是稱之為Ranger Russet的馬鈴薯。這種馬鈴薯不會在常規的低溫儲存過程中積累甜的糖類,這樣馬鈴薯可以保存更長時間并且當它油炸時不會像其他品種那樣產生丙烯酰胺這種致癌物質。

    這種與眾不同的馬鈴薯采用了基因組編輯技術改良而來?;蚪M編輯技術是一種新的可以改變DNA的技術,由于其操作簡單并且功能強大,許多植物科學家將其稱之為革命性技術。這一技術的產品通??梢员苊獗池撧D基因的“惡名”以及經受嚴厲的監管。

    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,這一技術除了刪除植株DNA中的幾個堿基之外不會帶來其他影響。此次改良僅僅只是讓一個將蔗糖分解成葡萄糖和果糖的基因失活,如果這個基因不起作用,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家所說的下一代遺傳改良作物的雛形。許多小公司認為,有了基因組編輯技術,他們就可以在投入較少的情況下快速開發出新的品種出來,甚至是在那些還沒有被生物技術公司所涉足的物種,比如牛油果、高粱和裝飾類花等等。

    目前已商業化種植的大多數轉基因作物都是將細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良性狀。公眾的反對以及嚴厲的監管使得研發這些轉基因作物成本很高,這也是為什么幾乎所有的轉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;同時這也是為什么僅有少數大公司有轉基因作物品種,比如孟山都和杜邦公司。

    在2014年8月份,美國農業部對Cellectis Plant Sciences公司說,他們的產品不會受到類似于轉基因作物那樣的監管。這意味著Ranger Russet無需在圍欄圍起來的試驗點進行測試并需要提供大量實驗數據證明其安全性,其有可能可以快速進入市場。兩年前,美國農業部也對陶氏益農(Dow AgroSciences)公司研發的一種DNA編輯技術產生的玉米品種得出了類似結論,這一品種目前還沒有在市場上銷售。

    科學家認為類似這種馬鈴薯的產品只是基因組編輯技術應用于植物育種的開端,這種技術使得更為復雜的遺傳工程改良成為現實,包括對光合作用的操控以使植物長得更快、產量更高。愛荷華州立大學的一位植物研究員Martin Spalding表示,“這一技術為我們提供了無限可能!”

    目前,這一技術用于植物改良是一種非常溫和的方式。“這一技術的首輪應用僅僅只是移除了組成植物基因組的幾個堿基對而已”,賓夕法尼亞州立大學的楊亦農(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良性狀,比如抗病。目前有一個抗白葉枯病的水稻品種,其與商業化種植的品種僅僅只在某個基因上有幾個堿基的差別。楊亦農說,“我們可以就像人類的基因治療一樣,只將商業品種的那個位置改變成具有抗性的。”他還提到他目前正在就生產基因組編輯水稻品種的合同進行談判。

    對于Voytas來說,這不是他第一次研發出基因組編輯作物。十多年前,他成立了一個名為Phytodyne的公司并利用早期稱之為鋅指核酸酶的技術來研發基因組編輯作物,但是在陶氏益農公司支付高達五千萬美元以獲得這一技術在植物中的獨家使用權后,這個公司就被迫關門了。

    2011年,法國生物技術公司Cellectis任命Voytas為植物改良部門的首席科學家,他就迅速組建了新的團隊。但是由于另一基因組編輯系統——巨核酶技術被證明應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。

    Dan Voytas

    Voytas不得不回到實驗室,并最終與其他人同時發明了一種新的基因組編輯技術——一種利用經遺傳改造產生的特殊蛋白質的稱之為TALENs的技術。這一技術很快就用于生產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,稱之為CRISPR。

    Voytas說這種馬鈴薯的研發僅需要一年。他說,“如果你用傳統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,研發這個馬鈴薯品種的成本只有研發轉基因作物——如玉米和大豆,并將其推廣到市場的成本的十分之一。我們仍然需要一些數據,但是這不會是一個很大的問題。”他仍在與監管者溝通,以確定他們在將其推廣到市場之前還需要做哪些工作。

    一旦明尼蘇達州天氣轉暖,Cellectis公司就會進行種植這種馬鈴薯,此次種植將會決定這種馬鈴薯是否像在溫室里那樣具有很好的收益。“我們還需測試這種馬鈴薯在低溫條件下的儲存”,Mathis說,“一旦我們有了實際種植證據,我們就會與農民進行洽談。”

    Kevin Folta是佛羅里達大學的一位園藝學教授。他說,今年年初有約50位包括科學家和律師在內的專家齊聚亞利桑那州,在那里商討基因組編輯技術以及如何制定行業守則來應對美國和國外的監管。“任何研究植物遺傳工程的人都在積極追捧這種技術,尤其是研究那些具有復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編輯技術也可以應用于柑橘改良,而用傳統育種想達到相同效果,可能需要150年!”

    Folta稱反對轉基因的人士不在會議邀請之列,“邀請那些從非科學角度來看待問題的人只會搞砸這次討論,他們反對任何技術!”

    原文鏈接:http://www.technologyreview.com/news/536756/a-potato-made-with-gene-editing/

    來源:基因農業網

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