不久前，袁隆平院士宣布了一项重大成果：水稻亲本去镉技术获得突破，为解决镉污染土地种植安全水稻提供了先进方案。这项重大成果是利用基因编辑技术实现的。

利用基因编辑技术进行农作物育种，如今已经成为国际科学竞赛新的热门领域，国内外都有前沿消息传来。下面，我们特约请中国水稻研究所副研究员王春介绍有关这方面的知识。

农业育种为什么需要基因编辑技术

生物体的性状及活动都是由基因控制的。如果将决定一个生物体最根本遗传信息的基因组比喻成一本书，那么人类首先要做的事情是读出这些DNA序列信息，获得这本生命之书。随着测序技术的进步和测序成本的降低，越来越多的生命之书被破解，例如人类的基因组序列早在2003年就已测序完成并对外公布；水稻、玉米、番茄等重要农作物的基因组序列也已测序完成。

获得了这本生命之书后，人们尝试着读懂这些信息。在过去的二十几年里，科学家主要通过突变体来解读这些基因信息。以水稻为例，通过化学或物理诱变的方法，随机改变遗传信息，获得各种各样千奇百怪的水稻突变体，从最简单的一个基因控制一个表型入手，先观察受影响的表型，再找到控制这个表型的基因，解读那段基因序列的功能。通过不懈的努力，许多控制重要农艺性状的基因已经被解读，为下一步的改造提供了依据。当然，还有更多未知的基因功能等待着科学家研究。

接下来，人类想做的就是如何按照我们的需求来编辑修改这些遗传信息，并使之可以固定遗传。这就迫切需要一把“基因魔剪”——基因编辑技术。

早期的ZFNs和TALENs技术最先被应用于基因编辑，但由于这两项技术的使用比较复杂且成本较高，限制了它们的广泛推广应用。

2012至2013年间，一项新的基因编辑技术CRISPR-Cas9横空出世，具有简单高效的优点，立即风靡生物界，大大推进了基础科学研究、人类基因治疗与作物遗传育种等领域的研究进展。CRISPR-Cas9系统主要由两个元件组成，一个是负责切割DNA序列的核酸酶Cas9，另一个是负责在基因组上精确定位的sgRNA，它们俩就像一把剪刀和一把尺子一样，在基因组这本生命之书上精准地找到需要编辑的位置，进行剪切，就如同我们在电脑上编辑一篇word文档那么简单。

与转基因技术完全不同

基因编辑技术育种与我们常听到的转基因技术育种是两种完全不同的技术。

转基因技术是将人工分离和修饰过的外部基因导入到目的生物体的基因组中，从而改造生物。转基因导入的基因片段在受体基因组中插入的位置是随机的，并不固定。在农业育种上，科学家往往将另一物种中的某些基因转到农作物中，以达到抗虫、抗病、抗除草剂等目的。

基因编辑技术不转入外源基因，只是对作物内部存在的基因进行修饰。基因编辑技术通常是将农作物本身的一些“不良基因”敲除，达到去劣存优的目的，这需要在基因组上精准地找到目标，并进行如外科手术般精准的遗传操作。要想成功实施基因定点编辑，首先就是要将“剪刀”和“尺子”传递到细胞核里，接触到基因组序列，对目标基因进行编辑。在完成目标基因的微创手术之后，所有的外源成分将被完全剔除掉。因此基因编辑的工具，如同上了屋的梯子，在使用完毕后，就被剔除了。在最终获得的植株中，并没有残留一点外源成分，具有与常规诱变品种无异的优点，因此在作物改良的生产应用上更为安全。

在农作物育种中优势初显

“基因魔剪”已经在部分农产品中发挥功能，为我们创造了一些之前很难获得的新品种。

白粉病是小麦的重要病害之一，严重影响到小麦的产量和品质。中国科学院遗传与发育生物学研究所的高彩霞研究员与中国科学院微生物所的邱金龙研究员合作，利用基因编辑技术，首次在小麦中实现了MLO基因的突变，从而获得了对白粉病具有广谱抗性的小麦材料，并且整个过程最快仅需要半年左右时间，在小麦农业安全生产上具有重大意义。

美国Calyxt公司通过基因编辑技术降低土豆中天门冬酰胺和单糖的含量，使得土豆既能够耐冷藏，同时能够减少高温烹饪时产生的致癌物质丙烯酰胺。

宾夕法尼亚大学的杨亦农实验室利用CRISPR-Cas9 技术，在白蘑菇中将容易引起褐变的多酚氧化酶的编码基因敲除了1个（原来有3个），将该酶活性降低了30%，从而获得了不易褐变的白蘑菇，更易于保存及运输。

不久前，中国工程院院士、“杂交水稻之父”袁隆平宣布了一项重大成果：水稻亲本去镉技术获突破。袁隆平的研究团队同样利用了这把“基因魔剪”，将水稻中参与吸收镉离子的基因敲除了，获得了不吸收镉离子的水稻品种。这项技术的运用，为解决镉污染土地种植安全水稻提供了完美的解决方案。

（中经网）