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2024年5月29日，美國(guó)農(nóng)業(yè)部宣布蘇州齊禾生科生物科技有限公司研發(fā)的基因編輯高油酸大豆P16獲得監(jiān)管豁免。這標(biāo)志著中國(guó)在美國(guó)市場(chǎng)成功獲得基因編輯產(chǎn)品的監(jiān)管豁免，展示了中國(guó)在生物技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力和基因編輯技術(shù)在農(nóng)業(yè)育種方面的巨大潛力。齊禾生科通過對(duì)大豆內(nèi)源脂肪酸脫氫酶基因進(jìn)行精準(zhǔn)編輯，成功培育出高油酸大豆P16。這一突破性成果不僅優(yōu)化了大豆的油脂組成，使大豆種子中的油酸含量提升至80%以上，還可能對(duì)提升其商業(yè)價(jià)值和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)生積極影響。
CRISPR基因編輯技術(shù)，作為繼野生馴化、雜交和轉(zhuǎn)基因之后的第四代育種技術(shù)，標(biāo)志著4.0育種時(shí)代的來臨。這項(xiàng)技術(shù)在改良重要經(jīng)濟(jì)物種性狀方面展現(xiàn)出了巨大的潛力，本文將從植物和動(dòng)物育種兩個(gè)方向?yàn)榇蠹以敿?xì)介紹CRISPR技術(shù)的應(yīng)用。
植物基因編輯育種
在植物育種領(lǐng)域，農(nóng)作物作為基因編輯技術(shù)的明星對(duì)象，已經(jīng)取得了令人矚目的成就。諸如糯玉米、高油酸大豆、抗褐變馬鈴薯、高GABA番茄、抗褐變蘑菇、抗除草劑水稻和抗除草劑玉米等基因編輯產(chǎn)品，在美國(guó)、日本等國(guó)家的市場(chǎng)上熠熠生輝，充分展現(xiàn)了基因編輯技術(shù)的巨大潛力。
玉米，這種重要的糧食和飼料作物，其關(guān)鍵性狀的優(yōu)化和育種技術(shù)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。在這方面，CRISPR技術(shù)如同一把神奇的鑰匙，已廣泛應(yīng)用于玉米的品質(zhì)改良。它涉及多個(gè)方面，包括提升產(chǎn)量（例如通過減小葉夾角以增加種植密度，進(jìn)而提高行和籽粒產(chǎn)量）、改善食用品質(zhì)（如培育出糯玉米和甜玉米品種）、增強(qiáng)抗逆性（例如提升耐旱能力和抗除草劑能力），以及調(diào)控開花時(shí)間（在長(zhǎng)日照條件下促使更早開花）等。接下來，小編將以玉米為例，為大家詳細(xì)介紹基于CRISPR技術(shù)的植物育種流程。
植物基因編輯的過程一般可分為六個(gè)步驟：
設(shè)計(jì)階段
圖1. 基于CRISPR/Cas9系統(tǒng)的玉米基因組編輯技術(shù)流程[2]
與在植物育種領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用相呼應(yīng)，基因編輯技術(shù)在動(dòng)物育種領(lǐng)域同樣展現(xiàn)出了其廣泛的適用性和潛力。
動(dòng)物基因編輯育種
基因編輯技術(shù)在動(dòng)物育種領(lǐng)域的應(yīng)用范圍極為廣泛。在改良生產(chǎn)性能方面，通過編輯動(dòng)物基因組，改良畜禽經(jīng)濟(jì)性狀，比如加快生長(zhǎng)速度，提高飼料利用率等；在改善肉質(zhì)方面，基因編輯方法既可以降低動(dòng)物脂肪量，還能夠調(diào)整其肌肉組織的構(gòu)成，以生產(chǎn)更符合市場(chǎng)和消費(fèi)者需求的肉類產(chǎn)品；在增強(qiáng)家畜抗病能力方面，通過基因編輯開發(fā)出具備特定疾病抗性的新品種，能顯著提高動(dòng)物種群的基因適應(yīng)性，減少養(yǎng)殖業(yè)中抗生素的使用量。這一舉措不僅有助于保障人類健康，同時(shí)也是推動(dòng)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵因素[3]。下面，以基因編輯豬為例，我們將具體闡釋動(dòng)物基因編輯的操作流程，揭示這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)如何在現(xiàn)代畜牧業(yè)中發(fā)揮作用。
動(dòng)物基因編輯的過程一般可分為六個(gè)步驟：
設(shè)計(jì)階段
圖2. 基于CRISPR/Cas9系統(tǒng)的基因編輯豬技術(shù)流程[4]
基因組編輯技術(shù)的迅猛進(jìn)展在基因功能探究與作物特性優(yōu)化等領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)重大突破。隨著CRISPR/Cas系統(tǒng)的持續(xù)進(jìn)化與精進(jìn)，基于基因組編輯的前沿育種技術(shù)將進(jìn)一步與高通量表型分析、基因組選擇、快速育種等技術(shù)深度整合，為農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)力。
產(chǎn)品推薦
產(chǎn)品應(yīng)用 | 產(chǎn)品定位 | 產(chǎn)品名稱 | 產(chǎn)品貨號(hào) |
通用型 | 帶NLS的SpCas9 | Cas9 Nuclease | 14701ES |
熒光觀察/流式分選 | 帶EGFP熒光標(biāo)簽的SpCas9 | NLS-Cas9-EGFP Nuclease | 11364ES |
基因調(diào)控 | 無剪切酶活性的Cas9 | dCas9 Nuclease | 11351ES |
小分子量遞送 | Cas12a | ArCas12a Nuclease | 14702ES |
Cas12b | AapCas12b Nuclease | 14808ES | |
sgRNA制備 | sgRNA合成 | Hifair® Precision sgRNA Synthesis Kit | 11355ES |
sgRNA純化 | Hieff NGS® RNA Cleaner | 12602ES |
參考文獻(xiàn)：
[1] Gao C. Genome engineering for crop improvement and future agriculture. Cell. 2021 Mar 18;184(6):1621-1635.
[2] 楊夢(mèng)冰, 江易林, 祝蕾, 安學(xué)麗, 萬向元. CRISPR/Cas植物基因組編輯技術(shù)及其在玉米中的應(yīng)用. 中國(guó)生物工程雜志, 2021, 41(12): 4-12.
[3] 張格陽(yáng), 張子敬, 翟亞瑩, 呂世杰, 朱肖亭, 朱進(jìn)華, 李崢, 于翔, 王紅利, 施巧婷, 閆祥洲, 王二耀. 基因編輯技術(shù)在我國(guó)畜牧業(yè)的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)畜禽種業(yè), 2022, 18(10): 45-48.
[4] Randall, S, Prathe, et al. Generation of a Commercial-Scale Founder Population of Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus Resistant Pigs Using CRISPR-Cas [J]. Scientific Reports, 2017. DOI:10.1038/s41598-017-13794-2.
