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    高彩霞:商业化只需六个月!静待中国为CRISPR敞开大门

    2019-07-31 11:01:49 来源:南方农村报

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    2019年7月29日,Science 杂志发表了题为“To feed its 1.4 billion, China bets big on genome editing of crops”人物专访,介绍了中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究员在植物基因编辑领域的研究进展以及中国科学家、中国政府在基因编辑领域付出的巨大努力和取得的重要成绩;同时表达了中国科学家对尽早开放基因编辑作物进入农业生产第一线以保证中国粮食生产安全的强烈愿景!


    人物画像


    △高彩霞


    在北京和北卡罗莱纳州的达勒姆,农作物旁总有同一个的身影,那就是高彩霞。不熟悉的人会认为她是一个农民,但是高彩霞并不是一个农民,她是一位处于作物改良前沿领域的植物科学家。


    在她位于北京的中国科学院(Chinese Academy of Sciences CAS)的组织培养室里,一种不同寻常的软米和多种高脂肪兼具真菌抗性的小麦发芽了;在温室里,顽强的野生番茄品种结出的甜美的果实,还有抗除草剂的玉米和土豆等常规农作物。在其他实验室里,种植着莴苣、香蕉、黑麦草和草莓等新品种。


    这些品种繁多的作物,过去传统的植物育种者一直在缓慢而艰苦地努力赋予它们梦寐以求的特性,使它们更高产、更有营养。但高彩霞利用基因组编辑工具CRISPR正以惊人的速度改进它们,这里俨然就是一个农作物的聚宝盆。


    背景介绍


    CRISPR是一种天然的细菌免疫系统,仅仅几年前在美国和欧洲的实验室里就变成了一个强大的基因组编辑工具。然而在今天,中国发表的与CRISPR相关的农业论文是排名第二的美国的两倍。



    2013年8月,高彩霞的团队首次用CRISPR对植物的DNA进行了修改,这位50岁的研究人员此后发表了30多篇论文,描述了如何使用基因组编辑器对各种作物进行基因编辑。圣保罗明尼苏达大学的植物遗传学家Daniel Voytas评价高彩霞是一个“杰出的细胞生物学家,她很早就接触了CRISPR,而且刚刚赶上了潮流的顶峰?!?/p>


    高彩霞的第一篇CRISPR文章是水稻的DNA编辑,水稻的基因组较小,约是人类基因组的八分之一。但是很快她们就将这一技术运用于基因组几乎是人类染色体的六倍的小麦。2014年7月发表于Nature Biotechnology的文章中,该团队阐述了如何利用TALEN和CRISPR以及常规育种来抑制致使小麦产生白粉病的相关蛋白的生成。


    目前,CRISPR的研究人员也在寻找更简单的方法,让基因组编辑器的组件(通常携带两个或两个以上的基因)穿过植物细胞壁??蒲Ъ颐且揽炕蚯估创銫RISPR载体。先正达(Syngenta)可能有一个更为简便的的方式,其在北卡罗莱纳分部已经对玉米花粉进行了基因工程,将CRISPR机制传输到细胞中,在细胞中完成编辑后消失。发表在“Nature Biotechnology”4月刊上的初步证据显示,这一策略在小麦和一些蔬菜品种上颇有成效。
    虽然高彩霞,张蓓和中国其他实验室的的CRISPR植物已做好释放编辑作物的准备,但在这项努力的成果从实验室转移到农场和餐桌之前,中国需要解决如何监管CRISPR工程作物的问题,这在许多国家是一个分裂的问题。2018年在一项震撼农业的大型裁决中,一家欧洲法院裁定,此类作物是需要严格监管的转基因生物(GMO)。


    相比之下,美国农业部(USDA)免除了基因组编辑植物的转基因法规,只要它们不是通过转移其他物种的DNA而产生的,而是通过诱导自然发生的突变或通过传统育种产生的。中国消费者对转基因食品持谨慎态度。该国严格限制转基因作物的进口,它种植的唯一转基因食品是木瓜供国内消费。但对于CRISPR来说,世界各地的许多植物研究人员都认为中国将追随美国的脚步。


    无论中国监管决定的结果如何,它都不能解决CRISPR自身的局限性,尤其是受多种基因影响的作物性状的变化??蒲Ъ颐侨匀恍枰Χ孕矶嗾庑┨粽?,但Voytas预计,中国对CRISPR的重大学术和工业推动将在改进技术和新作物方面获得回报,特别是现在已经进行了如此巨大的投资,中国肯定有在这些领域做出贡献和发现的基础。


    北卡罗来纳州罗利大学食品科学家Rodolphe Barrangou说道:“中国政府在2016年发布的5年计划中支持植物的现代基因组编辑,中国已经有了多年的计划,收购先正达就是该计划的一部分?!备卟氏纪哦拥南忝谆蛘呖拱追鄄〉男÷蠼芸赡艹晌泄谝恢滞乒愕腃RISPR作物。


    采访内容


    Jon Cohen:您认为今天中国发表的与CRISPR相关的农业论文是排名第二的美国的两倍,这其中的原因是什么?


    高彩霞:“这需要解释吗?因为我在这里?!?/p>


    Jon Cohen:在中国是否缺乏有效的科研力量支撑?


    高彩霞:在中国,我并不孤单。我的团队只是利用CRISPR来修改作物基因的20个团体之一。在这之外,还有很多实验室都在使用CRISPR进行基础研究,CRISPR技术的发展和推广,不仅给中国科研人员带来新的研究思路,更带来了科研经费的支持。2013年是美国农业部有比较数据的最近一年,中国的农业研究公共资金接近100亿美元,是美国政府支出的两倍多,并支持了1100多家农业研究机构。我的提案获得资助的比例似乎高于世界其他地方?!?/p>


    Jon Cohen:有人说您曾经的梦想是做一名医生,最后什么机缘让您投身农业科研?


    高彩霞中国的高中生参加一种标准的考试,即高考,他们的表现会决定他们在特定的大学学习设特定的专业。我认为成为一名医生会很好,但我还没有达到那个水平。因此我获得了去一所农业大学的机会。所以如果说我没有农业背景,十几岁的时候也没有想过要成为一名植物科学家,那我就是在撒谎。


    Jon Cohen:高考这样的制度是否太残酷?


    高彩霞:我认为这很好,因为如果不这样做,我就会很尴尬地回到高中再考一年。无论这种教育体系有什么弊端,它都帮助中国建立了一个强大的农业研究体系。


    Jon Cohen:听说您很早就接触了CRISPR,但为什么却晚了几年才发表第一篇相关文章?


    高彩霞:当时我的实验室在利用转录激活器样效应核酸酶(TALEN)编辑基因组方面取得了稳定的成功,我们用TALEN敲除了100多个基因,我们为此感到非常自豪。但你会想:“一项新技术啊,我们难道不应该试试吗?” CRISPR可以一次轻松修饰几个基因,并且比TALEN更快更有效。但CRISPR也有其局限性:我的团队在今年4月19日的“Science”杂志的一篇文章中指出,CRISPR系统在编辑时会产生许多意想不到的“脱靶”突变。同时,尽管CRISPR有效地敲除了目标基因,但它并不擅长实现敲入新基因。目前,我的实验室只有1%概率成功,我以及整个植物界的工作者都在试图提高这种可能性。



    Jon Cohen:相较于CRISPR衍生药物或者动物产品,农作物有什么优势?


    高彩霞:农作物不那么引人注目,因此存在较少的风险和伦理困境,因此无论哪种作物都会比CRISPR衍生药物或者动物产品更早景进入市场。


    Jon Cohen:如果中国监管机构真的为CRISPR工程食品敞开大门,那么在她的团队,从实验室到可以在商业农场上种植需要多长时间?


    高彩霞:六个月!


    1

    编后语:高彩霞老师最后的回答不仅是对中国相关领域科研实力的自信,也是高彩霞老师身上的一份的担当。



    来源丨植物生物技术Pbj

    编辑丨农财君

    联系农财君丨18565265490


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