2月28日,农业农村部发布《2022年农业转基因生物监管工作方案》,进一步规范转基因种子的市场管理。本文来自微信公众号:深究科学(ID:deepscience),作者:徐冉、刘佳仪,原文标题:《打开基因编辑农作物产业化的大门,这些食物不久会出现在我们饭桌上》,头图来自:视觉中国


2016年,“基因编辑技术应用于农业生产”被纳入国务院印发的“十三五”国家科技创新规划。此举表明中国开始将基因农业技术纳入战略重点,进而增强中国育种产业的国际竞争力。


2021年两会期间,在国新办召开发布会上,重申本着尊重科学、严格监管、依法依规、确保安全的原则有序推进基因现代农业技术产业化,体现了国家对于基因农业的重视程度。


图源自农业部<br>
图源自农业部


最近(1月24日),农业农村部科技教育司还发布了《农业用基因编辑植物安全评价指南(试行)》,主要针对没有引入外源基因的基因编辑作物,将依据可能产生的风险申请安全评价。可见到,基因编辑农作物的生产有章可循,它们也会迟早进入千家万户的饭桌。


近年来,中国发表的与CRISPR相关论文(农业这一块)是排名第二的美国两倍,中国农业研究公共资金接近100亿美元,支持了大概1100多家农业研究机构,几年间中国的基因编辑技术大放异彩。


传统品种与基因编辑后的品种<br>
传统品种与基因编辑后的品种


但在基因编辑农作物的产业化上,始终有一个迈不过去的坎儿——政策法规落地以及监管。


新指南的出炉,有望成为国内农业新引擎


在中国科学院的组织培养室里,高彩霞团队利用CRISPR这一天然的细菌免疫系统作为基因组编辑工具,培育出具备种种天然抗性的农作物:口感更香醇的软米、具备真菌抗性的小麦、抗除草剂的玉米和土豆,以及改进后的莴苣、香蕉、黑麦草和草莓等新品种。


过去传统的育种者只能通过杂交手段,在极小的概率下才可获得目标性状的作物,如今在“基因剪刀”的作用下,科学家可更直接、准确、高效地达到农作物的高产、抗菌、抗药、富含营养等多重特性。


图源takungpao.com.hk<br>
图源takungpao.com.hk


南方科技大学的朱健康团队也准备向富有经济价值的作物进军,他们希望开发出新品种,能够在产量、抵御气候变化以及肥料的适应性上更上一层楼。


虽然高彩霞,朱健康等一批学者在基因编辑农作物这一领域做出了诸多重要工作,但科研成果始终迈不出实验室。


为何我国基因编辑农作物产业化发展不好?主要是“虽然国家投入了大量资金,科研人员也取得了多项成果,但基因编辑作物商业化目前的状况还是国家不敢管,企业不敢做。”曹晓风在此前的一次采访时表示。


很显然,此次指南的公布是时之所需,有利于基因编辑农作物走出实验室,从而极大地发挥它们的社会价值。


“基因魔剪”作物与转基因作物有何不同?


那么我们不由好奇,CRISPR基因编辑农作物是什么?同传统的转基因技术有何不同,以及有哪些优势?


接下来简单科普一下这个技术。传统的转基因技术是将基因粗暴地剪短拼接在一起来获得两种性状,但也因基因片段中冗杂了些许多余的基因,最终培育出的农作物效果并没有达到预期。


而CRISPR基因编辑技术,是通过核酸酶的介入对想要编辑的DNA位点“指哪打哪”,断开DNA双链后再进行改动,也因此会激活细胞固有的修复机制,可以对编辑损伤处的片段进行基因修改,从而确保DNA重新连接,形成新的基因链条。



我们可以简单地理解为它将DNA这根线剪断,再将两处断口连接。得益于基因编辑技术的快速发展,“瞬时表达”技术已经能够确保核酸酶的编码DNA构建体能够迅速降解,这样既确保了对目标基因精确的定点敲除,又避免了外源性DNA被整合入目标植物基因组。


如此一来,A农作物的基因还是A农作物的基因,只不过把B农作物上面优秀的基因剪下来贴在了A农作物基因的片段上,而不是整个取代了A农作物的大片基因。这下就不是“人面兽身”,仅仅是“换了几块骨头的人”。


尽管两者本质都是通过改变基因来消除作物不良性状的,基因编辑更像是一种“类天然突变”,单纯敲除基因片段中几个碱基,以达到优化品种的目的。因而,培育出的农作物更加的稳定且安全。



转基因农作物(上图)和基因编辑农作物(下图)的区别<br>
转基因农作物(上图)和基因编辑农作物(下图)的区别


回过头来,再看看转基因技术。转基因技术也能快速结合两种水稻的优良性状,大大节约杂交植物获得优良性状的时间,因此也被称为“人类历史上应用最为迅速的重大技术之一”。尽管转基因技术能大量节约科学家们的时间,可普通百姓却对转基因食物的安全性颇有微词,加之上世纪90年代有关“黄金大米”的舆论风波,吃进嘴里难免会感到膈应。


因此,科学家也在探索农业基因技术的改进空间,从而让它更加安全放心,真正被迎进寻常百姓家。CRISPR技术一出现,立即获得了科学家们的拥戴,改进作物品种的分子技术,就靠它了。


曹晓风院士此前介绍,“从技术原理来讲,基因编辑技术是对作物自身基因组进行精确改造,不会插入原本没有的外源基因片段,最后得到的产品与自然突变无异,这是它与转基因技术的最大区别。”


从粮食自给到粮食安全,基因编辑农作物大有用武之地


中国作为农业大国,以不到世界10%的耕地,养活了世界20%的人口。中国这片“贫瘠”的土地上,1987年基本解决了人民温饱问题,更是蕴含着推行“菜篮子工程”的庞大动力,而基因编辑技术就是为国家粮食安全加上的一重“安全锁”。


如今中国人口已经迈入了14亿大关,新冠疫情更是带来了新的挑战,全球贸易萎缩,数条粮食进口的渠道流通不畅,一次次的“抢米”风波反映了人民对特殊时期引发饥饿的恐惧、对粮食供应链的担忧。


正如曹晓风所言:“一场疫情让我们看到,有钱也买不到粮⻝的情况是完全可能出现的,中国人的饭碗必须牢牢端在自己手上。”


基因技术有望实现一波作物品种改良效率上的革命。


“如果错过当前契机,错过更多分子育种核心技术的知识产权,未来有可能出现育种产业受制于人的现象”,曹晓风表示。


根据介绍,目前在全球范围内,“基因编辑已经在水稻、玉米、大豆、小麦和番茄等农作物以及猪、牛、羊等农业动物中广泛应用,糯玉米、高油酸大豆、抗褐变马铃薯、高GABA番茄等基因编辑产品陆续在美国、日本等国家上市推广”。


此次《指南》的出台,打开了国内基因编辑作物产业化应用的大门。


参考文献

[1] Smriti Mallapaty. (2022,Febuary 14).  China’s approval of gene-edited crops energizes researchers. Nature. https://www.nature.com/articles/d41586-022-00395-x

[2] Li, S. et al. Genome-edited powdery mildew resistance in wheat without growth penalties. Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04395-9 (2022).

[3] Wang, Y. et al. Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid bread wheat confers heritable resistance to powdery mildew. Nature Biotechnol. 32, 947–951 (2014).

[4] 政策迎东风 创新走在前 我市领跑国内基因编辑产业发展 

https://mp.weixin.qq.com/s/demA_l2ubRuJ2EcI8oxPhQ


本文来自微信公众号:深究科学(ID:deepscience),作者:徐冉、刘佳仪