工程20（2023）6新闻亮点CRISPR缩小了转基因食品与消费者之间的差距莎拉·C·P 威廉姆斯高级技术作家在不久的将来，食品杂货店越来越有可能以无数微小的方式提供转基因食品，使其更健康，更美味，更有效地生长。2022年，全球范围内一系列研究成果和监管变化让基因编辑作物离消费者的餐盘更近。与通过将脱氧核糖核酸（DNA）从一种生物引入另一种生物的基因组而产生的转基因生物不同这一区别预示着大量新的基因编辑作物，并且现在在许多国家，商业化道路更加顺畅。在2022年7月22日出版的《科学》杂志上发表的一篇具有里程碑意义的论文中，北京中国农业科学院的一组中国研究人员描述了一种基因编辑水稻，据报道，与典型水稻相比，产量增加了40%（图1）[2]。CRISPR工程生物技术水稻有两个自己的基因OsDREB1cC的拷贝。该基因编码一种转录因子，一种调节数十种其他基因的蛋白质。通过提高这种转录因子的水平，研究人员提高了其他重要蛋白质的水平;反过来，水稻积累了额外的氮，有更多的叶绿体，开花更快。在中国三个不同的田间试验地点，与对照植物相比，改变的植物有更多，更大的水稻颗粒。‘‘What they have done is to take a very good rice variety and shownthey can make it better,” said Stephen Long, professor of plantbiology at the University of Illinois, Urbana-Champaign, IL, USA其他研究团队最近也应用了类似的基因编辑方法来改变其他植物特征，这些特征可以提高抗病虫害能力，促进生长和提高产量。2022年2月9日，中国科学院北京种子设计创新研究院的一个研究小组2022年3月25日，由中国农业大学研究人员领导的一个研究小组在《科学》杂志上报告说，他们可以编辑一种名为KRN 2（2号籽粒行数）的基因，使玉米和水稻的产量提高8%研究小组通过检查在驯化过程中哪些基因已经发生了变化来确定KRN2，驯化是一个长期的选择性育种过程图1.一、 在水稻植物中，如图所示，研究人员发现，复制转录因子OsDREB1cC的基因，改变了与植物生长，开花和光合作用相关的许多其他基因的表达模式，导致植物具有更多更大的米粒。图片来源：Gaurav_ Dhwaj_Khadka（CC BY-SA 4.0）。图二. 如图所示，被称为白粉病的真菌感染的小麦可能会腐烂和死亡，但研究人员现在已 经 使 用 CRISPR 来 改 变 小 麦 基 因 ， 使 其 能 够 抵 抗 感 染 。 图 片 来 源 ： ThomasLumpkin/CIMMYT（CC BY-NC-SA 2.0）。https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.11.0022095-8099/©2022 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engS.C.P. 威廉姆斯工程20（2023）67几个世纪以来，水稻和玉米等作物的产量增加，但产量往往较低。‘‘With CRISPR gene ‘‘The idea is that you could make high-yieldingbut resilient crops, which will be critical for us in the虽然一些潜在的有利基因编辑来自对植物进化的这种关注，但其他基因编辑来自基础植物科学的进步。例如，朗他说，阻碍植物产生更多生物量的瓶颈主要与光合作用如何将阳光转化为我们主要作物的2022年8月，同样在《科学》杂志上，龙的团队发表了原理证明结果，证明这种理性工程是可行的。他的研究小组在大豆中添加了基因，使它们更快地开关光合作用，以适应阳光和阴影，这一变化使产量提高了20%以上。已发表的工作涉及插入来自另一种植物的基因，以便大豆将拥有更多的开关拷贝，但Long说他的团队现在正试图通过使用CRISPR编辑大豆自身的基因组来获得相同的结果在世界各地的饥饿和粮食需求不断增长之际，提高作物产量是增加粮食供应的重要一步但基因编辑也可以用来让食物更有营养、更美味，或者仅仅是为了迎合强化趋势。例如，在日本，西红柿基因编辑含有高水平的γ-氨基丁酸（GABA）-一种许多人认为可以改善睡眠和血压并减轻压力的分子-在2021年冲击消费者市场，标志着CRISPR编辑食品的首次商业销售。 3）[8]。Sanatech Seed（日本东京）通过编辑一种基因来禁用它编码的蛋白质，这种蛋白质通常会分解西红柿中的GABA同样，由英国诺维奇独立植物科学研究机构John Innes Centre（JIC）的研究人员领导的一个研究小组于2022年6月报告称，编辑西红柿中的另一个基因可以防止维生素D原的分解，从而产生维生素D替代的西红柿[9]。他们基于CRISPR的方法也可以促进图三. 这些西红柿可能看起来像许多杂货店里的西红柿，但它们含有高水平的GABA，一些人认为这种分子可以改善睡眠和减轻压力。为了生产出第一种CRISPR改变的食物，研究人员使用CRISPR编辑一种基因，使其编码的蛋白质失去作用，这种蛋白质通常会分解GABA。图片来源：Sanatech Seed（公有领域）。马铃薯和辣椒等相关植物的维生素D水平。‘‘We ‘‘If we can takefruits and马丁还致力于通过更传统的转基因方法开发强化粮食作物-例如，她通过添加金鱼草基因改造的紫色，富含抗氧化剂的番茄将于明年在美国销售。但她说，用CRISPR编辑西红柿提供了一套新的工具，降低了商业化的门槛。‘‘You can do在美国，自2018年以来，基因编辑食品受到的监管审查比转基因生物少，当时美国农业部的一份声明指出，该机构“不监管或有任何计划监管本可以通过传统育种技术开发的植物”声明继续说，基因组编辑属于这一范畴，它比选择性育种更快地引入新的植物性状，而且不涉及任何外来DNA。然而，直到最近，基因编辑食品仍然受到与欧洲和亚洲转基因生物相同的限制在亚洲，随着中华人民共和国农业和农村事务部于二零二二年一月二十四日发布新法规《农业用基因编辑植物安全性评估指南（试行）》“这对我们来说是个好消息。这真的为商业化打开了大门，然后，在4月11日22日，一项法律在英国生效，允许植物科学家更快地将基因编辑的种子放入地面进行测试。几周后，2022年5月25日，英国议会提出了一项仍在审议中的法案，允许对基因编辑食品的销售实施更宽松的规定[13]。马丁说：“仍将有监管，仍需要时间将农作物送到消费者手中。”‘‘But with our tomatoes, we are now able to get veryrapid approval for field对于那些将CRISPR基因编辑食品视为通往更可持续、更健康未来之路的科学家来说，这些规律性的“世界上食物不足的人数一直在稳 步 上 升 ， ” 龙 说 。 ‘‘If you look at the rate at which we areimproving the yield of our major crops, we are not keeping pace,but purposeful, smart gene-editing can change引用[1] 在人类中使用CRISPR显示出希望，而专家则权衡伦理问题。工程2020;6（7）：719-22.[2] 魏S，李新，陆忠，张宏，叶新，周勇，等.一种提高水稻产量和缩短水稻生长期的转录调节因子。Science 2022;377（6604）：eabi8455.[3] 斯托克斯塔德湾超级生物技术水稻产量增加40%[互联网]。华盛顿特区：科学; 2022年7月22日[引用2022年9月21日]。可从：https://www.science.org/content/article/supercharged-biotech-rice-yields-40-more-grain。[4] Li S，Lin D，Zhang Y，Deng M，Chen Y，Lv B，et al. Genome-editedpowderyresistance in wheat without growth penalties. Nature 2022;602（7897）：455-60.[5] ChenW，Chen L，Zhang X，Yang N，Guo J，Wang M，et al. WD40蛋白的趋同选择，提高玉米和水稻的谷物产量。科学2022;375（6587）：eabg 7985.[6] 利角水稻和玉米产量通过CRISPR基因编辑提高了10%。伦敦：新科学家; 2022年3月24日[引用2022年9月21日]。可用S.C.P. 威廉姆斯工程20（2023）68来 自 ： https://www.newscientist.com/article/2313582-rice-and-maize-yields-boosted-up-to-10-per-cent-by-crispr-gene-editing/。[7] De Souza AP，Burgess SJ，Doran L，Hansen J，Manukyan L，Maryn N，等.大 豆 光 合 作 用 和 作 物 产 量 的 提 高 是 通 过 加 速 恢 复 光 保 护 。 Science2022;377（6608）：851-4.[8] 华尔兹河富含GABA的番茄是第一个进入市场的CRISPR编辑食品。伦敦：自然生物 技 术 ; 2021 年 12 月 14 日 [ 引 用 2022 年 9 月 21 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ：https://www.nature.com/articles/d41587-021-00026-2[9] Li J ， Scarano A ， Gonzalez NM ， D'Orso F ， Yue Y ， Nemeth K ， et al.Bioformed tomatoes provide a new route to vitamin D sufficiency. Nat Plants2022;8（6）：611-6.[10] 穆林一种转基因紫番茄即将进入杂货店的货架。美国会咬人吗？[互联网]。旧金山：连线; 2022年9月14日[引用2022年9月21日]。可用来 自 ： https://www.wired.com/story/a-gmo-purple-tomato-is-coming-to-grocery-aisles-will-the-us-bite/。[11] 美国农业部（USDA）。珀杜部长发布美国农业部关于植物育种创新的声明。华盛顿特区：美国农业部; 2018年3月28日[引用于2022年9月21日]。可查阅：https://www.usda.gov/media/press-releases/2018/03/28/secretary-perdue-issues-usda-statement-plant-breeding-innovation。[12] 马拉帕蒂湾中国对基因编辑作物的批准给研究人员注入了活力。伦敦：自然; 2022年 2 月 11 日 [ 引 用 2022 年 9 月 21 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ：https://www.nature.com/articles/d41586-022-00395-x[13] 英国议会。遗传技术（精确育种）法案[互联网]。伦敦：英国议会法案; 2022年10月 6 日 [ 引 用 2022 年 10 月 7 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ：https://bills.parliament.uk/bills/3167
