去转基因：CRISPR/Cas9介导的基

作者孙永伟，夏兰琴，中国农业科学院作物科学研究所

生物学家找到了一把神奇的手术刀。这个手术刀可对植物基因组进行精确定点’修剪’和‘缝合’，迅速提高改良农作物的各种优良性状，从而快速实现农作物的高产、高效和高抗。与传统的育种、转基因技术改良作物等方法相比，CRISPR/Cas系统可以实现优良性状的快速利用与定向改良，特别是可以实现编辑农作物的非转基因化。这意味着生物育种将和转基因安全争议说再见，将有力推动作物优良基因资源的开发应用。

（1）定点删除基因：删掉一些没用的基因，就像人做阑尾手术一样，删掉对植物没有任何好处的基因，让植物从产量、抗病性等方面有较大的改善。

（2）定点修饰某一个基因：矫正不好的基因，在作物中有一些基因的突变导致植物的各种相关性状明显转好或者转坏，就像人类的某一部位发生变化，通过手术或者其他方式治疗就可以康复。同样对植物来说，通过CRISPR/Cas系统可以实现对该性状的直接改良，使得基因操作更为直接以及更具目的性。如中国农业科学院作物科学研究所率先通过CRISPR/Cas9系统介导的同源重组，对水稻ALS基因的两个氨基酸位点同时进行定点替换，获得了大量一代纯合的抗除草剂水稻。通过后代分离，已获得不含有任何转基因片段的抗除草剂水稻（http://dx.doi.org/10.1016/j.molp.2016.01.001）。这一技术的研发和应用，将使得由于自然变异或长期人工选择保留下来的具有SNP的优良性状基因得以直接得到改良，大大加快农作物的育种进程。

（3）定点插入基因： CRISPR/Cas9技术通过编辑定点改变目的基因，而且这个改变不会对植物造成任何其他影响，也不会残留任何其他相关蛋白对人、畜或环境微生物有害。一个简单的例子，拿水稻来说，不同品种在一些性状上完全不同，而这一性状差异可能就是某一个或多个基因的差异，传统方法需要育种家通过反反复复的杂交、自交及回交步骤才有可能获得纯合的稳定的目标株系。通过CRISPR/Cas9技术可以实现基因的定点导入，不影响任何其他性状又没有外源基因的表达，这与传统的杂交水稻本质上没有区别，但可显著缩短几年或者十几年育种年限。

（4）基因被定点修饰的作物的非转基因化：经过CRISPR/Cas9系统定点编辑过的作物，被定点编辑的基因可以稳定遗传到下一代。因为定点编辑的位点和CRISPR/Cas9载体整合位点不在同一条染色体上，可以通过后代自交或者与野生型杂交，分离获得不含有有任何转基因痕迹（去除CRISPR/Cas9）的定点改造突变体（非转基因株系）。因此，农作物高效基因组定向编辑技术体系的建立，不仅有利于加速农作物功能基因组的研究和新型遗传材料的创建，而且为实现安全转基因提供了一个更为有效的技术策略。

目前，许多国家和跨国农业公司如陶氏益农、拜尔、先正达和孟山都公司等都在集中进行小麦、水稻、玉米、大豆、棉花和油菜等重要农作物基因组编辑和定点修饰的研发工作。一向对转基因技术保持有极其苛刻的监管制度的欧盟国家瑞典近期公开表示，利用CRISPR-Cas9技术进行基因组编辑得到的某些植物不属于欧洲对转基因的定义范畴（http://www.upsc.se/about-upsc/news/4815-green-light-in-the-tunnel-swedish-board-of-agriculture-a-crispr-cas9-mutant-but-not-a-gmo.html），这对CRISPR技术的应用无非是一个利好的消息。

因此，加快利用这把 ‘神奇的手术刀’，研发和优化CRISPR-Cas9技术介导的基因组定点修饰和外源基因定点整合的技术体系，创制农作物新种质，形成我国具有自主知识产权的专利，对于我们抢占国际制高点刻不容缓。