本
文
摘
要
基因组编辑是一种新的育种方法（NBM），它允许通过定向诱变更精确、更快地开发作物品种。
基因组编辑比传统育种方法更精确：通过直接改变基因组，可以只编辑目标性状。同时，与传统育种方法相比，基因组编辑可以加快新植物品种的开发20-30%。
基因组编辑有不同的形式和方法。它们基于可编程酶（核酸酶），用于在特定位置切割DNA，以对基因组进行靶向和精确的缺失、替换或插入。尽管基因组编辑的创新可以追溯到20世纪80年代，但该方法自2005年以来才用于植物基因组编辑。早期的基因组编辑方法包括巨核酸酶、锌指核酸酶（ZFN）和转录激活剂样效应核酸酶（TALENs）。自2013年首次应用于植物育种以来，CRISPR/Cas由于其相对简单、高效、通用性和速度，已成为应用最广泛的方法。
CRISPR/Cas作为基因组编辑方法
CRISPR/Cas（簇状规则间隔短回文重复序列/Cas蛋白）基于细菌的自然免疫系统。作为对病毒的防御，某些细菌能够从病毒中捕获DNA，并利用它来创建DNA片段，从而使它们能够在随后的攻击中直接针对类似的病毒，将它们的DNA分割开来。
研究人员可以在基因组编辑中使用相同的原理。第一步是识别目标基因，即植物中的目标DNA序列——例如，决定植物对病原体易感性的基因。引导RNA是根据靶向DNA序列构建的。在植物细胞核内，它找到了正确的位置，并携带切割酶Cas。Cas切割目标DNA链，产生双链断裂。Cas蛋白可与细胞的天然DNA修复过程结合使用，以激活或抑制基因，或使特定的核苷酸改变为不同的核苷酸。
基因组编辑有不同形式的应用。CRISPR/Cas可诱导三种类型的定点核酸酶：SDN-1（缺失或点突变）、SDN-2（几个核苷酸的靶向变化）或SDN-3（基因或基因序列的靶向插入，包括转基因插入）。
农业育种新方法与基因组编辑
植物育种创新在农业中发挥着至关重要的作用，有助于农业跟上未来的挑战。
今天，农业面临着诸多挑战。气候变化正在导致干旱、热应激和多变的生长条件。越来越多的农业害虫和植物病害威胁着产量和作物营养。作为一个社会，我们不仅希望为不断增长的人口提供粮食，还必须改善我们粮食系统的经济、环境和社会可持续性。在这方面，一个主要方面是杀虫剂、化肥和水等投入的大幅减少。应对这些挑战需要不断提高种子质量。
基因组编辑是一种新的育种方法，研究人员和育种人员可以使用它对植物的DNA进行有针对性的特定改变。
DNA断裂和修复在自然界中自发且频繁发生，导致细胞自然突变。这些自然突变确保生物体能够随着时间的推移适应新的或具有挑战性的条件，从而逐渐改变，这就是为什么我们今天看到了丰富的生物多样性。
基因组编辑以精确的方式取代了这些“自发”突变，将基因组切割在精确和预定义的位置，并诱导细胞自身的修复机制。这反过来影响植物某些特性的表达。
研究人员可以确定植物基因的功能，使植物更健壮和/或更高产。一旦一个基因被识别出来，基因组编辑就可以用来快速增强作物对疾病的抵抗力、气候耐受性、营养价值、消化率或味道。
基因组编辑的结果可以追溯到突变——但你无法确定它是通过常规育种方法、基因组编辑实现的，还是自然发生的。
