基因编辑植物是转基因植物吗?朱健康和刘耀光院士综述了植物基因组编辑的进展以及挑战!

2019-10-31 09:12 | 作者: iPlants | 标签: 基因编辑

虽然在过去几年中,由于其简单,灵活,一致和高效,CRISPR-Cas9系统彻底改变了遗传研究和作物育种的方式,但是未来仍然存在许多重要挑战,包括向大多数植物有效递送CRISPR和其他编辑工具的方法,以及更有效的序列敲入和替换策略。2019年1月17日,National Science Review 杂志发表了来自中国科学院植物逆境生物学研究中心朱健康课题组和华南农业大学刘耀光课题组合作题为“Gene Editing in Plants– Progress and Challenges ”的综述文章。该综述就目前植物基因组编辑工具的开发和应用的目标,及潜在关注点和未来挑战提供了独特的观点。

1.植物基因编辑的关注问题

第一:基因编辑植物是否是转基因植物?

这是基因编辑作物是否能顺利进入田间种植的关键所在。美国农业部(USDA)已经确定了基因编辑的作物免于转基因作物的监管,但是去年欧盟最高法院最终规定基因编辑的作物应遵守与传统转基因生物相同的严格法规,这一决定对包括科学家在内的基因编辑作物的支持者来说是一个重大挫折。因此,该综述指出随着基因编辑工具的出现,需要重新考虑转基因生物的当前定义和相应的调控框架,因为通过基因编辑方法实现的基因组修饰与转基因技术的基因组修饰非常不同。

文章指出原因有二:首先,大多数CRISPR诱导的基因突变是小插入缺失而不是大片段插入或重排。而这种小的插入缺失变异通常也存在自然条件下生长的植物中,或使用辐射或化学诱变剂大规模诱导的植物中。其次,传统转基因植物中转基因是稳定遗传,而使用CRISPR和其他基因编辑工具构建的性状改良植物可以是无转基因的。(基因农业网注:为了获得无转基因植物,可以在植物细胞中瞬时表达CRISPR构建体,而无需将任何DNA整合到基因组中,或者稳定整合并表达CRISPR构建体,然后通过遗传分离将其去除。)因此,文章认为,无转基因编辑的植物应该采用与传统化学或辐射诱变培育的植物相同的方式进行处理,不应受到特殊的管理政策的约束。

第二:脱靶活性是否需要关注?

之前研究应用全基因组测序来检测了拟南芥,水稻和番茄等植物中的脱靶突变时,发现非常有限的脱靶效应。并且随着技术改进,更有可能避免脱靶活性。该文指出与医学应用相比,CRISPR系统在植物育种中应用的脱靶活性应较少受到关注。

文章指出原因是基因编辑工具应用于作物育种,脱靶突变可能具有负面影响,无影响(中性)或对农艺性状的正面影响。而具有负效应突变的植物在育种/选择过程中被丢弃。然而,如果脱靶突变对性状具有中性或正面影响,它们可以保留在新繁殖的品系中。正如使用物理和化学诱变剂的传统育种一样,也不需要关注任何脱靶效应。

2.植物基因编辑的挑战和进展

第一:如何将基因编辑系统递送到植物生殖/再生细胞中?

1.农杆菌浸花转化法

2.愈伤组织农杆菌和基因枪转化法

3. ribonucleoproteins (RNPs)转化法

第二:如何将基因编辑工具递送到不可转化的植物中?

1.纳米颗粒(NP)递送法

第三:如何高效地进行多个位点的基因编辑?

第四:如何在植物中进行精确单碱基/片段的基因编辑?

论文链接:https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwz005/5290356

来源:iPlants

相关文章