【学员资讯】植物基因组编辑技术专题（五）——超越梦想
（作者刘伟：山西省农业科学院果树研究所果树分子生物学与生物技术助理研究员）
Holger Puchta从事植物靶向基因组修饰研究已有20多年。若不是现如今CRISPR / Cas基因组编辑技术的出现，他永远都不会相信一切皆有可能。
Foto: © KIT edu
GENOMXPRESS SCHOLÆ编辑：Puchta先生，在上世纪90年代中期，您已经借助基因组编辑技术有目的性的改变了植物遗传物质。当时的技术是什么样的？
Holger Puchta：与今天没什么不同，只是技术体系不是很完善。我们拥有足够特异性的分子剪刀，可以在基因组中产生特异的双链断裂。它们不会像限制酶那样在基因组的许多位点切割，而只能在一个或几个位置切割，因此这使得这些工具尤为特别。但是这个基因剪刀并不是最理想的。
哪一方面欠佳？
以前对基因剪刀进行编程修改是不可能的。它具有一条可以与植物DNA结合的识别序列，但是该序列是无法更改的。因此，我们无法控制剪刀在基因组中剪切的位置。
我们的基础研究人员能够使用这种不够理想的基因剪刀进行一些令人振奋的工作，例如将外源基因此特定的剪切位点整合到基因组中。但是它不适合在实际育种中使用。那需要分子剪刀，人们才能够完全操纵特定基因。
人们没有等待太久。在二十世纪九十年代，锌指核酸酶被发现，后来人们又发现了TALEN。
这两者都属于巨大的进步。早在CRISPR / Cas诞生之前，他们就为我们提供了在每个位点进行基因组操控的机会。但是，这些基因剪刀的效率很差，而操作成本却很昂贵。如果人们当时想要一种特定的锌指核酸酶，就必须向公司支付25,000美元，并等待长达一年的时间。今天，人们在一夜之间就能收到定制的CRISPR / Cas系统，而只需支付10-20美元。
迄今为止，传统育种借助遗传物质诱变已经产生了许多变异材料，并且相当成功。全球通过传统诱变技术产生了超过3,000个品种。
这种方法有什么问题？
利用化学物质或辐射诱变只能在基因组中产生随机突变。之后，人们需要投入大量时间和精力从众多突变体中分离出刚刚符合目标突变的植物。但是这从来没有保证。在成百上千的诱变植株中，可能没有一个能随机突变出所需的基因，这样的话就必须从头再来。
有了CRISPR / Cas，就不会再有挫败感。而是否可以使用此方法编辑所有植物？
至少所有可进行转化和再生的植物都适用。
那么对于所有植物，外源DNA都能成功引入细胞吗？
因为CRISPR / Cas复合物必须以某种方式进入植物细胞。基于此目前人们大多使用DNA，CRISPR / Cas复合物的编码序列已包含在其中。细胞读取该DNA，然后产生蛋白质和sgRNA。其次，人们必须从成功突变的细胞中再生出完整的植株。这两个步骤都可能会遇到问题。但是，它适用于所有主要粮食作物，例如小麦、水稻或玉米。西红柿、辣椒、土豆以及油菜也没问题。
使用CRISPR / Cas进行粮食作物基因组编辑的第一个主要突破是什么？
来自北京的中国科学院高彩霞研究员和邱金龙研究员借助CRISPR / Cas创制出了抗霉菌的小麦。因为小麦是六倍体，所以他们必须改变三个基因，每个基因又都存在两个拷贝。
是否可以利用传统诱变方法？
从统计角度来看很难想象。更改单个基因还可以，但是同时改变六个不太可能。
借助CRISPR / Cas，我们很快就能获得更多抗病植物吗？
至少在单基因起着重要作用的植物疾病方面，我们将很快取得巨大进展。借助CRISPR / Cas，我们还可以培育能够更好应对极端气候条件的植物，例如高温，干旱或洪涝灾害。此外，我们可以操控植物的新陈代谢，使植物产生更多的次生代谢产物。这些是促进健康的物质，其中一些还用作药物。但是我们也不能高估这种方法：因为基因组编辑基本上就是每天自然发生的事情。
假设你站在麦田里，看着任何两棵植株。乍一看，它们可能看起来像是一样的，但它们之间却有约100个自发产生的突变。其中有些是好的，有些是坏的，但其中大多数没有引起人们的注意。通过基因组编辑，人类可以通过引入定向突变来模拟自然突变。
到目前为止，基因组编辑主要用于诱导基因组中的双链断裂。然后可以敲除基因或插入新基因。您还看到哪些应用的可能性？
基因剪刀具有两个特性。它可以找到特定的基因序列并进行剪切。这两个功能不必同时处于激活状态。如果人们把剪切功能抑制掉，则可以将另一种蛋白质与CRISPR / Cas偶联。如果使用荧光蛋白，则可以在显微镜下让DNA的某些特定区域发光，并实时动态观测染色体在核中的移动。若使用激活或阻遏蛋白，人们可以可逆地打开或关闭基因表达。这些是基础研究人员很感兴趣的工具。
那关于育种，CRISPR/Cas是否能够驯化尚未在我们的饮食中起主要作用的新的野生植物？
我想将来许多研究人员会问这个问题。但是人们需要事先了解有关该植物的大量基因组背景知识，因为必须非常精确地引导基因剪刀。
当回想起基因组编辑领域的开始阶段时，您是否曾想到能拥有像CRISPR / Cas这样的强大工具？
没有，这超出了我当时的梦想。但我很幸运能从一开始就在这个领域里。
责任编辑：
相关知识
基因组编辑技术应用于作物遗传改良的进展与挑战
基因组编辑技术在农业领域前景广阔
小麦基因组编辑抗病育种研究取得进展
农业大学教授、副教授主讲！植物基因编辑核心技术都在这里了
科技创新进展：展望利用基因组编辑技术创制既抗病又高产作物种质新策略
小麦抗白粉病育种取得突破 基因组编辑育种优势彰显
对植物进行基因组编辑的可能性
感病基因变抗病 小麦基因组编辑育种研究获突破
基因工程和基因组编辑增强观赏植物花属性的进展：最新进展,Plants
【资讯】上海美甲学校参加培训班多少钱 看懂了就报名
网址: 【学员资讯】植物基因组编辑技术专题（五）——超越梦想 https://m.huajiangbk.com/newsview625004.html
| 上一篇: 植物 基因编辑 |
下一篇: 史上最全！CRISPR/Cas |
