淺談基因編輯技術在農作物領域中的應用與問題探究

鄒丹丹

【摘? ?要】 隨著ZFN、CPISPR/Cas9等基因編輯技術的發展和運用，大量基因編輯作物生產出來，這種背景下，基因編輯作物的檢測及安全成為重點研究問題。本文主要圍繞基因編輯技術在農作物領域的應用、針對基因編輯農作物的安全評價監管、基因編輯農作物的檢測等方面展開討論，具體分析了基因編輯技術在農業領域的應用現狀，并以保障農作物食用安全為主，加強基因編輯作物有關問題的研究，促進農業領域良好發展。

【關鍵詞】基因編輯技術;農作物領域;應用分析

Discussion on the Application and the Problem of the Gene Editing Technology in the Field of Crop

Zou Dandan

（Weihai Marine Vocational College? ?264300）

[Abstract] With the development and application of gene editing technology such as ZFN，CPISPR/Cas9， a large number of gene editing crops have been produced. Under this background， the detection and safety of gene editing crops has become a key research issue.? In this paper， the application of gene editing technology in agriculture was analyzed in detail， and the main purpose was to ensure the food safety of crops， to strengthen the research on related problems of gene editing crops， and to promote the good development of agricultural field.

[Keywords] gene editing technology; crop field; application analysis

近年來，農作物轉基因技術得到了快速發展，將基因編輯技術應用在農作物育種上，能得到多個新的生物品種，尤其在玉米、大豆、棉花等農作物上有著較好應用。轉基因技術的應用，一定程度推動了農業領域發展，但是還存在一定安全問題，要想充分利用作物轉基因技術，還要注重基因編輯農作物的管理和檢測，以便能發揮基因編輯技術在研發新品種上的作用，盡可能提高農作物營養價值。

1? 基因編輯技術在農作物領域的應用

1.1? ZFN技術

ZFN主要負責識別和結合特定的核苷酸序列，將ZFN技術應用到作物育種中，可對植物基因進行重新編輯。鋅指核酸酶由鋅脂蛋白和核酸酶結構域組成，其中核酸酶結構域對切割點不具有識別特異性，只有在二聚體情況下可使其具備酶活性。因此，需要對任一靶位點設置一對ZFN，以便形成核酸酶二聚體，從而進行DNA鏈的切割。有研究學者采用該技術，替換掉煙草中乙酰乳酸酶基因的三個核苷酸點，進而得到抗除草劑的作物[1]。另外，將ZFN技術應用在玉米作物中，能合成磷酸酶基因，使得玉米具有抗除草劑性能，同時還能減少玉米中的肌醇六磷酸含量，提高了作物營養品質。盡管當前ZFN技術在多種植物中取得較好運用，但是由于鋅指單元對切割點識別性不高，因此在不同基因改造上的識別差異較大，限制了該技術的廣泛使用。

1.2? TALEN技術

該技術是一種基于核苷酸的編輯技術，是由核酸內切酶和DNA結構域共同組成的，其中DNA結構域主要是由多個氨基酸序列構成的，重復序列能識別相應的堿基。TALEN技術運用原理為：結合靶位點兩端的序列設置一對TALEN，與識別位點結合后，兩個核酸內切酶結合起到形成二聚體，在切割DNA鏈后可完成基因編輯。有學者將該技術運用到水稻中，破壞了細菌性病原菌效應蛋白在作物基因組上的位點，進而提高了水稻抗百葉枯病。另外，在這一技術作用下，還能破壞水稻甜菜堿乙醛脫氫酶結合位點，能起到提高水稻品質的作用。而將該轉基因技術運用到小麥育種中，能得到抗性較強的小麥，相對于傳統育種技術來講有明顯進步。

1.3? CRISPR/Cas9技術

這一技術能對作物基因組進行定點編輯，能得到預期的作物品種。CRISPR屬于一種免疫系統，能抵抗外部DNA的侵入。由于Cas基因序列不同，因此通常將免疫系統分成三類。研究學者通過對 類系統進行改造，能促使CRISPR/Cas系統轉變成有著特異性的核酸酶，能后和靶位點結合并切割DNA鏈。實際運用免疫系統時，首先形成需要的RNA鏈，之后和病毒的DNA節點進行互補。相較于其他基因編輯技術來講，CRIAPR技術操作較簡單，在定向基因編輯方面有著較好運用。實踐表明，這一技術在高粱、玉米、小麥、甜橙、煙草等作物中有較好應用性，有著巨大發展潛力。如有學者對玉米中的酶基因建立免疫系統載體，測序結果表明基因鏈上出現不同程度的缺失，從而提升了玉米品質。在農作物生產上，借助免疫系統能實現優良基因的整合，是提高作物產量和品質的有效途徑。

2? 針對基因編輯農作物的安全評價監管

2.1? 安全性評價方法

在轉基因作物安全性評價方面，主要是針對基因編輯方式進行檢測基因。轉基因作物主要發生堿基缺失和替換等變化，對突變結果進行檢測，可掌握作物安全與否。當前主要采用以下檢測技術：一是PCR-RE技術，這一分析方法運用原理為，考慮某種包括特定內切酶的切割點，確定好靶位點，如果位點出現突變時，將朝著目標區域發生PCR擴張，并且該位點能被特異性內切酶切割。但是缺失這類酶基因的位點，不能被識別[2]。從這角度出發，能有效區分基因編輯位點與未編輯位點。二是T7EI分析技術，T7EI內切酶能斷開錯配堿基上磷酸二酯鍵，造成DNA鏈的斷裂。轉基因產物在高溫環境下出現變形，之后逐漸降溫時，突變的靶位點將進行隨機配對，并且最終的結構將被酶基因切割。如不出現突變時，位點進行正常配對，不會被核酸酶切割，從上述區別著手，可監測出農作物基因序列。

2.2? 潛在風險評價方法

在進行轉基因作物的潛在風險評價時，主要針對基因編輯脫靶情況進行檢測，在PCR擴增的情況下，實施測序驗證。目前使用的CPISPR-P算法，能預估可能出現的脫靶位點，之后根據可能性高低，建立起脫靶位點預測網站。在這一基礎上，有學者開發了2.0數據庫，其中包括多種轉基因技術，同時能為脫靶預測提供依據。隨著測序技術不斷發展，已經解析了較多植物的基因組序列。針對基因編輯后的農作物進行測序，之后對比目標區域與受體的基因系列，能檢測出潛在脫靶位點及基因編輯狀態。上述測序方法在判斷脫靶位點上有較好應用，但是該技術使用時還受到參考基因的限制，需要在已有技術基礎上對其進行改進處理。

2.3? 基因編輯農作物的檢測

2.3.1? 傳統轉基因作物檢測技術? ? 以往的轉基因檢測是在DNA基礎上進行的，通過應用篩選PCR、設計特異性PCR、基因特異性PCR等方法的運用，能對轉基因農作物的插入位點及外源基因進行設計，采用PCR可達到檢測的目的。我國檢疫部門便借助上述技術確定了轉基因作物檢測標準，能有效避免不達標的轉基因作物進入市場中。如2013-2014年，我國退運了大量含轉基因組分的進口玉米。

2.3.2? 基因編輯作物檢測技術? ? 不同種類的基因編輯作物，對應的檢測方法不同。傳統的轉基因檢測技術無法應用在全部的作物檢測中，利用單粒種子作為樣本，可對第1代、第2代基因編輯作物實施有效檢測，而在第3代、第4代的轉基因作物檢測中應用相對復雜。插入的元件基因可能是植物自身的，只檢測插入元件不能保證檢測結果準確性。這時可通過檢驗插入位點的序列情況，判斷作物是否含有轉基因成分[3]。對于基因編輯作物來講，主要是通過基因插入、刪除和堿基突變等，達到作物育種的目的，增加檢測難度，還需要針對不同類型的基因編輯作物采取針對性檢測。如對于定點替換荷核苷酸位點的轉基因作物，將這類檢測看作是位點突變檢測，采用熒光PCR等方法能完成檢測任務。隨著高通量序列檢測技術的應用，為轉基因作物的安全檢測提供了技術保障，能很好區分基因編輯作物和自然作物，有利于獲取更多檢測信息。

3? 結論

綜上所述，隨著基因編輯技術的開發，大量基因編輯作物逐漸出現，在促進農業領域發展的同時，還面臨一定問題。當前一些農作物的轉化體系還不完善，無法充分發揮基因編輯技術運用價值。因此，有必要加大對農業領域基因編輯技術應用及安全監管的研究，探索基因編輯技術應用路徑，確保基因編輯技術應用可靠性和有效性，通過加大基因編輯作物監管力度，使得基因編輯技術在農作物育種方面發揮積極作用。

參考文獻：

[1] 張青霞.CRISPR-Cas9系統在農作物中的研究進展[J].山西農經，2019（01）：111-112.

[2] 吳龍芬.依托“七大農作物育種”專項實施，推進基因編輯技術發展和應用[J].中國農業科技導報，2018，20（08）：155.

[3] 郝麗芬，房永雨冰.CRISPR/Cas9基因編輯技術及在農作物品種改良研究中的應用[J].北方農業學報，2017，45（03）：29-35.