NBT同期发表三篇论文，“魔剪”再显示威力，其中两篇来自高彩霞研究组

撰文 | 冯水寒

责编 | 叶水送

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俗话说，民以食为天。作物在人类生活中扮演着重要的角色。而传统的作物驯化育种在提高作物产量的同时，往往降低了其遗传多样性，从而导致作物适应性（主要是抗逆能力）下降。

近年来，随着CRISPR技术的发展，基因编辑技术也开始在农业中应用，利用该技术对野生植物进行从头驯化开始显示了极大的潜力。

10月1日，Nature Biotechnology 同期发表了中国科学院高彩霞团队和圣保罗大学Lázaro Eustáquio Pereira Peres团队的三篇论文。研究人员利用基因编辑技术，实现了对野生番茄（Solanum pimpinellifolium）的生长习性、果实形状、大小、营养价值等性状的从头驯化（de novo domestication）。

利用CRISPR/Cas9技术加速野生番茄驯化，图片来自Nature Biotechnology

首先，高彩霞团队利用CRISPR/Cas9基因编辑系统对野生番茄（祖先品种）与形态学、花、果实产量、抗坏血酸合成相关基因的编码区、顺式调控区以及上游开放读码框进行编辑，在保留植株原本生物及非生物抗性的基础上，改造后的植株具有更大的果实、更高的维C含量、更丰富的营养价值，植株结构更加紧凑等优良特征。

而Peres团队则是成功敲除了野生番茄与生长习性、果实形状、大小、数量、以及营养价值的基因，结果表明基因编辑后的品系，与野生的亲本相比，果实大小增加了三倍，果实数量增加了十倍；而与广泛种植的番茄品系相比，番茄红素积累量提高了500%。

A3A-PBE系统的C到T的转换示意图，图片来自Nature Biotechnology

此外，高彩霞团队还构建一种新型的单碱基编辑系统——A3A-PBE。单碱基编辑系统能够在不引发随机插入突变和删除突变的情况下，实现精准的单碱基基因编辑。目前最常用的单碱基编辑系统BE3是由鼠源胞苷脱氨酶（APOBEC1）与Cas9切口酶的融合蛋白以及尿嘧啶糖基化酶抑制剂组成，可以将胞嘧啶（C）转换为胸腺嘧啶（T）且无需切割DNA。但BE3的编辑活性窗口只有5个碱基，且 GC编辑效率低下。而新型A3A-PBE单碱基编辑系统，使用优化后的人源胞苷脱氨酶APOBEC3A代替APOBEC1，使得A3A-PBE的编辑活性窗口拓展到17个碱基，碱基转化效率也得到了提升。

A3A-PBE单碱基编辑系统的出现为在全基因组范围内更多位点进行更高效率的碱基编辑提供了可能，野生番茄的从头驯化研究突显了基因编辑技术也农业方面应用的巨大潜力。它们为改良作物数量性状和利用基因编辑进行分子育种带来了重要启示。

但值得注意的是，这几项研究到开发商业产品仍然有很长的路要走，除了技术本身的发展之外，政府的监管也会对其造成影响。例如，今年7月欧盟最高法院裁定基因编辑的作物及食品将纳入欧盟转基因作物管理法规（GMO）监管框架，它们必须遵守与传统转基因生物相同的严格法规。一旦开发基因编辑作物的研究人员和企业因此看不到未来，那么更多研究将会转移到其他地方。

参考链接

www.nature.com/articles/nbt.4273

www.nature.com/articles/nbt.4272

www.nature.com/articles/nbt.4261