《麻省理工科技评论》|基因组编辑的马铃薯

2015-05-03 16:20 | 作者: 刘杰 | 标签: 基因组编辑


Cellectis公司的马铃薯植株

提要植物科学家现在可以快速获得改良作物,而传统育种则需要很多年才可以达到相同效果。

基因农业网(刘杰)编译报道:Dan Voytas是明尼苏达大学的一位植物科学家,但是就在几天前,他放弃了DNA遗传工程的基础研究,转而投身于附近的一个名为Cellectis Plant Sciences的公司。他要将自己的研究成果应用于生产实践。

他们最新的成果已在本月的一份植物学杂志中有详尽描述,是称之为Ranger Russet的马铃薯。这种马铃薯不会在常规的低温储存过程中积累甜的糖类,这样马铃薯可以保存更长时间并且当它油炸时不会像其他品种那样产生丙烯酰胺这种致癌物质。

这种与众不同的马铃薯采用了基因组编辑技术改良而来。基因组编辑技术是一种新的可以改变DNA的技术,由于其操作简单并且功能强大,许多植物科学家将其称之为革命性技术。这一技术的产品通常可以避免背负转基因的“恶名”以及经受严厉的监管。

在Ranger Russet马铃薯的例子中,Voytas所用到的是称之TALENs的基因组编辑技术,这一技术除了删除植株DNA中的几个碱基之外不会带来其他影响。此次改良仅仅只是让一个将蔗糖分解成葡萄糖和果糖的基因失活,如果这个基因不起作用,那么马铃薯可以保存很久而不失其味。

这种马铃薯是许多植物科学家所说的下一代遗传改良作物的雏形。许多小公司认为,有了基因组编辑技术,他们就可以在投入较少的情况下快速开发出新的品种出来,甚至是在那些还没有被生物技术公司所涉足的物种,比如牛油果、高粱和装饰类花等等。

目前已商业化种植的大多数转基因作物都是将细菌的基因整合到作物基因组中,以使其具有抗虫或抗除草剂的优良性状。公众的反对以及严厉的监管使得研发这些转基因作物成本很高,这也是为什么几乎所有的转基因作物都是大面积种植、有利可图的作物,比如大豆、玉米和棉花;同时这也是为什么仅有少数大公司有转基因作物品种,比如孟山都和杜邦公司。

在2014年8月份,美国农业部对Cellectis Plant Sciences公司说,他们的产品不会受到类似于转基因作物那样的监管。这意味着Ranger Russet无需在围栏围起来的试验点进行测试并需要提供大量实验数据证明其安全性,其有可能可以快速进入市场。两年前,美国农业部也对陶氏益农(Dow AgroSciences)公司研发的一种DNA编辑技术产生的玉米品种得出了类似结论,这一品种目前还没有在市场上销售。

科学家认为类似这种马铃薯的产品只是基因组编辑技术应用于植物育种的开端,这种技术使得更为复杂的遗传工程改良成为现实,包括对光合作用的操控以使植物长得更快、产量更高。爱荷华州立大学的一位植物研究员Martin Spalding表示,“这一技术为我们提供了无限可能!”

目前,这一技术用于植物改良是一种非常温和的方式。“这一技术的首轮应用仅仅只是移除了组成植物基因组的几个碱基对而已”,宾夕法尼亚州立大学的杨亦农(Yinong Yang)说。正如研究者在马铃薯中所做的那样,通过“敲除”掉合适的基因,研究者可以赋予改良植株一些更有价值的性状。

下一步将是改变植物DNA的碱基组成——通过将某一品种的植物中特定基因改造成同一物种中另一品种同一基因的等位基因来赋予植物优良性状,比如抗病。目前有一个抗白叶枯病的水稻品种,其与商业化种植的品种仅仅只在某个基因上有几个碱基的差别。杨亦农说,“我们可以就像人类的基因治疗一样,只将商业品种的那个位置改变成具有抗性的。”他还提到他目前正在就生产基因组编辑水稻品种的合同进行谈判。

对于Voytas来说,这不是他第一次研发出基因组编辑作物。十多年前,他成立了一个名为Phytodyne的公司并利用早期称之为锌指核酸酶的技术来研发基因组编辑作物,但是在陶氏益农公司支付高达五千万美元以获得这一技术在植物中的独家使用权后,这个公司就被迫关门了。

2011年,法国生物技术公司Cellectis任命Voytas为植物改良部门的首席科学家,他就迅速组建了新的团队。但是由于另一基因组编辑系统——巨核酶技术被证明应用起来有巨大困难并且其还与其他公司有专利纠纷,于是起步甚是艰难。

Dan Voytas

Voytas不得不回到实验室,并最终与其他人同时发明了一种新的基因组编辑技术——一种利用经遗传改造产生的特殊蛋白质的称之为TALENs的技术。这一技术很快就用于生产Cellectis的马铃薯以及油份含量很高的大豆。自那之后,Voytas和Cellectis也在采用一种新的技术,称之为CRISPR。

Voytas说这种马铃薯的研发仅需要一年。他说,“如果你用传统育种的方法做同样的事情,那可能需要十年的光阴。”

Cellectis Plant Sciences的CEO——Luc Mathis说:“总体来说,研发这个马铃薯品种的成本只有研发转基因作物——如玉米和大豆,并将其推广到市场的成本的十分之一。我们仍然需要一些数据,但是这不会是一个很大的问题。”他仍在与监管者沟通,以确定他们在将其推广到市场之前还需要做哪些工作。

一旦明尼苏达州天气转暖,Cellectis公司就会进行种植这种马铃薯,此次种植将会决定这种马铃薯是否像在温室里那样具有很好的收益。“我们还需测试这种马铃薯在低温条件下的储存”,Mathis说,“一旦我们有了实际种植证据,我们就会与农民进行洽谈。”

Kevin Folta是佛罗里达大学的一位园艺学教授。他说,今年年初有约50位包括科学家和律师在内的专家齐聚亚利桑那州,在那里商讨基因组编辑技术以及如何制定行业守则来应对美国和国外的监管。“任何研究植物遗传工程的人都在积极追捧这种技术,尤其是研究那些具有复杂基因组或者很难用其他方法的育种家”,他说到,“大量作物改良需要好的解决方案。基因组编辑技术也可以应用于柑橘改良,而用传统育种想达到相同效果,可能需要150年!”

Folta称反对转基因的人士不在会议邀请之列,“邀请那些从非科学角度来看待问题的人只会搞砸这次讨论,他们反对任何技术!”

原文链接:http://www.technologyreview.com/news/536756/a-potato-made-with-gene-editing/

来源:基因农业网

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