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2019年第6期(发布时间: Dec 11, 2019 发布者:张毅)  下载: 2019年第6期.doc       全选  导出
1   2019-12-11 21:35:09.713 水稻基因组编辑工具盒再添新成员 (点击量:0)

近日,中国农业科学院植物保护研究所周焕斌课题组、周雪平课题组和四川大学生命科学学院林宏辉课题组合作开发了一系列基于Cas9-NG的各种水稻基因组定点编辑工具,并成功用于水稻单基因敲除、多基因敲除、单碱基编辑(碱基对G·C和A·T的互换)以及靶基因转录激活调控。相关研究成果在线发表于《分子植物》(Molecular Plant)。

来源于化脓链球菌的Cas9核酸酶现已广泛应用于水稻基因组编辑,有效促进了水稻功能基因组学研究和分子育种进程。Cas9在进行基因编辑的过程中需要识别靶DNA序列3’端的保守PAM(前间区序列邻近继续)序列。由于Cas9主要识别NGG PAM序列,这极大限制了基因组范围内的靶DNA序列的选择,尤其是对于特定位点核苷酸进行单碱基编辑时,往往造成无合适PAM可用。扩展PAM识别序列,将有利于扩展水稻基因组编辑应用范围。

为此,该团队选用Cas9突变体xCas9和Cas9-NG对水稻基因组编辑技术进行了优化和扩展。研究发现,Cas9-NG编辑效果优于xCas9蛋白,并且将识别PAM序列由NGG简化为NG,此外还能识别NAC、NTG、NTT和NCG等PAM序列。

Cas9-NG在水稻上的成功应用,在一定程度上突破PAM识别序列的限制,将水稻基因组中的可编辑位点增加了8倍,众多之前无法进行碱基编辑的位点如今可进行操作,大大扩展了编辑范围。

周焕斌指出,该成果对于水稻基因功能解析和分子精准育种具有重要促进作用,加速实现水稻缺陷型基因的修饰矫正,有利于缩短水稻育种进程和延长现有优良品种的应用周期。

该研究得到了基金委自然科学基金、国家重点研发计划项目和中国农科院创新工程的资助。

相关论文链接:DOI:10.1016/j.molp.2019.03.010

2   2019-12-11 21:28:37.73 转基因酵母可生成几种主要大麻素 (点击量:2)

英国《自然》杂志27日在线发表了一项生物技术最新研究:美国科学家报告称,转基因酵母已可以生成几种主要的大麻素(大麻中发现的化合物)。这项成果或可促进用于处方药的不同类型大麻素的高效生产,而不依赖于大麻种植。

大麻素也被称为大麻类物质,是从印度大麻里发现的,其可以自然地存在于动物神经和免疫系统里。目前已有一些国家批准将特定的大麻素用作处方药,用于治疗各种疾病。不过,大麻素来源于大麻植物,而大麻植物中的大麻素丰度相对较低——除了化学复杂性之外,这一点也妨碍了药用大麻素的大规模生产。

此次,美国加州大学伯克利分校研究人员杰·卡斯灵及其同事对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)进行了基因改造,使之通过生物合成生成大麻素。

研究团队将大麻基因引入酵母的代谢途径,从单糖半乳糖中产生了大麻素前体分子,如橄榄酸。通过橄榄酸,酵母能够生成关键的大麻素大麻萜酚酸(CBGA),CBGA可以反过来用于生成Δ9-四氢大麻酚酸(THCA)和大麻二酚酸(CBDA)。

与此同时,研究人员还证明,可以通过脂肪酸而非半乳糖产生合成大麻素,如化学修饰的THCA。他们最后总结表示,这些研究结果为大规模生产天然和合成大麻素用作处方药奠定了基础,有望增强对这些化合物的药理学研究。

3   2019-12-11 21:33:54.507 science杂志呼吁欧盟放松作物基因组编辑监管 (点击量:2)

3月29日,science杂志发表评论谈新植物育种技术,标题为《新植物育种技术助力保障粮食安全》(New plant breeding technologies for food security),作者来自比利时列日大学、巴基斯坦费萨拉巴德国家生物技术与基因工程研究所、德国哥廷根大学、沙特阿卜杜拉国王科技大学和位于菲律宾的国际水稻研究所。文章呼吁欧盟正确对待基因组编辑技术,放松监管,为其国际发展扫除障碍。

(基因农业网panda翻译)一个没有饥饿的世界可能吗?当然,但前提是粮食生产可持续地增长和分配,消除极端贫困。在全世界范围内,贫困和营养不良的人群大多数生活在发展中国家的农村地区,他们依靠农业获得食物、收入和工作。国际统计数据显示,低农业生产率与高营养不良率之间存在明显关联。全球研究还表明,只有小农户的收入增加,才能迅速减少极端贫困。因此,农业生产力的持续提高是社会经济发展的核心。在本文中,我们将论证,通过慎重部署和科学知情的监管,基因组编辑等新植物育种技术(NPBT)能够为全球粮食安全做出重大贡献。

在过去,通过杂交和自交策略进行的常规植物育种在提高农业生产力方面发挥了重要作用。此外,小农户采用转基因(GM)作物可以提高产量、减少农药使用、减少贫困、改良营养状况。尽管如此,到目前为止,只有少数发展中国家和新兴经济体——如中国、印度、巴基斯坦、孟加拉国和南非——采用了转基因作物。尽管30年的研究表明转基因作物的风险并不比传统作物高,但非洲和亚洲的许多国家对推广应用转基因作物仍然犹豫不决,这主要是因为被错误灌输的风险意识和对失去欧洲这一重要出口市场的担忧。

此时NPBT已经问世。这些技术可以减轻与转基因作物相关的担忧。例如,基因组编辑的最新进展可以让我们通过改变植物内源基因对作物进行性状改良,而无需跨物种的基因转移。尤其是,CRISPR-Cas已成为编辑作物基因组的最重要系统之一,在主要谷物(如水稻、小麦和玉米)及其他粮食安全作物(如香蕉和木薯)中的应用迅速增加。由于成本低廉,基因组编辑也可用于改良孤生作物,如当地的水果、蔬菜和主粮作物,它们可以在当地居民的健康饮食中发挥重要作用。转基因作物中使用了外源DNA,这是其受到严格调控的主要原因。因此,不含有外源DNA的基因组编辑作物有可能会降低监管程序的成本,从而加快创新、增加种子产业的竞争,并使发展中国家的农民也能够负担得起更优质的作物种子。由于缺乏应对转基因作物的技术、监管和沟通能力,已经限制了转基因作物在当地的公众接受度和采用率。科学和社会政治发展并不总是一个协同并进的,无论是在发达国家还是在发展中国家都是如此。因此,必须采取新的努力和战略,以促进采用基因组编辑作物和其他有可能促进可持续发展的NPBT技术。鉴于过去的教训,该战略应建立在透明的沟通、对研究人员和创新体系中的其他利益相关者进行培训,以及高效、智能的监管法规。

公-私合作伙伴关系被认为是促进和应用NPBT技术的一种方式。在较为先进的发展中国家,这种伙伴关系的前景尤为光明,这些国家仍然是大量贫困人口的家园,但已经具备的一定经济实力,可以与私有农业公司商议互惠互利的合作项目。这些较先进的发展中国家所产出的植物产品和种子也可以在本区域内交付给邻近的欠发达国家,而后者获得NPBT的机会有限或者必须支付高很多的价格。现有的政府间无国界水稻种子创新项目是朝这个方向迈出的重要一步,该项目在一些南亚和东南亚国家之间支持种子分享。

通过与亚洲和非洲区域发展和合作机构,如东南亚国家联盟(ASEAN)或非洲发展新伙伴关系(NEPAD)合作的公司,可以将这种政府间的创新项目提升到一个新的水平。机遇就在先前公私伙伴关系成功的案例之中,例如孟加拉国转基因抗虫茄子的研发和商业化。最近,孟加拉国农业部长公开声明支持生物技术和对另外三种转基因作物进行的田间测试,该举措使孟加拉国成为通过现代技术解决饥饿和营养不良问题的全球典范。另一个例子是非洲节水玉米(WEMA)项目,该项目正在开发耐旱品种,旨在通过非洲种子公司向小农户免费提供这些品种。应该制定一项关于粮食作物优先特性的协调发展计划,包括孤生作物,这将有助于更广泛地展示新型育种技术对发展中国家粮食安全的巨大潜力。

植物育种家的工具箱正以令人兴奋的方式扩展。快速世代推进(RGA)和单粒传代法使作物生命周期尽可能缩短,以用于育种、选择和固定有用基因的研究。这种方法已经在几种谷物作物的改良做出了贡献,建立在绿色革命的特征——较慢且不太准确的系谱选择方法的基础上。与此同时,基因组选择也变得越来越流行,它利用基因分型和归纳法的策略来预测群体中表型特征不明显的植物的价值。最近出现的CRISPR-Cas系统也可以部分突破当前育种方法的局限性,该系统提供了一套有效的应用程序和分子工具,以用户定义的方式精准且高效地改造基因组。CRISPR-Cas9介导的基因敲除被广泛应用于作物改良的各种应用中,例如高产水稻、抗病高筋小麦和增香番茄。其他可能的模式包括精准的DNA序列编辑、基因替换、多个性状同时增强(性状叠加),以及启动子和调控元件工程来改变基因表达模式。此外,CRISPR全基因组筛选可以用来识别以前未知的有价值的作物性状。不过,CRISPR技术在提高数量性状(包括耐旱性和耐盐性)方面的效用,仍需在几种作物中进一步测试。我们预计,CRISPR-Cas技术与现代育种方法相结合,将在未来的作物改良计划中发挥重要作用,但其他用于基因组预测和选择的技术也将继续发挥重要作用。

未来5年内可能会出现几个基因组编辑的有趣应用。例如,多个粮食安全作物可以迅速受益于新的基因组编辑技术,以解决主要的病虫害问题,减少对化学杀虫剂的需求,并使植物更能适应极端气候的压力。公共或公共-私营部门在作物品种的开发方面的成功可以作为一个明确的例子以建立信任,并显示在当地采用基因组编辑技术为地方谋利的能力。目前,通过越来越多的高质量作物基因组以及作物和植物多样性小组的等位基因比较,改良的目标基因更容易确定了。私营部门正在逐渐认识到公共数据库的这种多样性,这有助于促进互利的公私伙伴关系。由政府资助的国际农业研究咨询小组(CGIAR)的任务是管理大多数主要的粮食安全作物,并联合区域组织从事未来的粮食安全研究。大多数CGIAR中心支持作物特异性基因库,这些基因库可以与区域和国家研究所合作,评估基因组编辑的改进。CGIAR之前为发展中国家提供植物遗传物质的努力使育种家开发新的作物品种变得更加容易。鉴于CGIAR中心在不同的当地环境中都有存在,它们可以作为一个中立的协调者,协调一个用于开发和测试基因编辑作物的田间研究设施网络。

全球对转基因作物的反对态度解释了为什么目前这些作物的应用仍然有限。欧洲的态度和政策方针在其中起到了特别重要的作用。考虑到非洲和亚洲国家与欧洲的长期贸易关系,他们理所当然地担心转基因作物的采用可能会导致失去向欧洲出口的机会,因为欧洲现在对转基因生物的反对已经根深蒂固。基因组编辑可以代表利用现代生物技术潜力促进粮食安全的新机会。然而,最近欧洲法院以对待转基因作物同样的方式管理基因编辑作物的裁决令人失望,并可能扼杀国际上在应用基因编辑技术改进作物方面取得的进展。尽管如此,美国和日本关于放松对基因编辑作物的规定的裁决预计将为一种新的范式奠定基础,这种范式可能会带来更有效的国际监管机制。转基因作物超过30年的应用经验表明,监管程序影响公众的态度,而欧洲公众的消极态度对发展中国家公众的认知和政策产生重大影响。在欧盟对基因组编辑作物放松监管才可能会向需要农业技术的发展中国家释放积极的信号。

实现全球粮食安全将需要一个基于过去经验教训的框架:创新至关重要,因此促进创新的环境也至关重要。为了充分利用NPBT的潜力,需要采取多管齐下的办法,考虑到技术开发、传播、采用和社会接受的所有组成部分(见图)。NPBT不应该被误解为万灵药。还需要许多其他技术和方法,包括改进售后管理、市场基础设施和社会服务。不过,基因组编辑被认为是对抗饥饿和贫困的有力补充。国际社会应抓住这一机遇,建立有益的监管框架和支持机制。

原始文献:

http://science.sciencemag.org/content/363/6434/1390

4   2019-12-11 21:27:04.083 陶氏杜邦的新型转基因大豆获得最终批准 (点击量:2)

陶氏杜邦(DowDuPont)称,陶氏杜邦已经获得菲律宾的最终国际监管批准,将在全球范围内推广一种新型转基因大豆。

获批的转基因大豆名为Enlist E3大豆。美国农户最早可以在今年春季种植,而不用担心有额外监管规定导致这种转基因大豆无法进入出口市场。

Enlist E3转基因大豆由衣阿华州MS Technologies工厂研发,是首个能够抵抗三种常用除草剂的大豆,这三种除草剂为2,4-D型除草剂、草甘膦除草剂和草铵膦除草剂。

自从中国1月份批准Enlist E3大豆后,美国农户和种子销售商一直等待菲律宾批准进口Enlist E3转基因大豆。菲律宾去年是美国豆粕的头号进口国。

转基因种子生产商在推出新型产品之前需要得到进口国的批准,因为这些国家会拒收未经批准的产品。

监管审查及供应限制可能制约今年美国农户种植Enlist E3大豆的规模。MS Technologies公司总经理Joe Merschman称,我们将向市场投入一些种子供应。这一数量有限。明年Enlist E3大豆将占到美国和加拿大大豆播种总面积的超过10%。

美国农业部周四称,由于中美贸易战造成大豆价格下跌,今年美国大豆播种面积预期减少到8500万英亩,比上年减少4.7%。

5   2019-12-11 21:30:20.02 FDA解除了对转基因鱼子酱的进口禁令 (点击量:0)

美国长期以来一直在其食物链中使用转基因(GM)植物作物,但到目前为止还没有人类消费的转基因动物。随着美国食品和药物管理局(FDA)解除对AquaBounty转基因鱼子酱的进口禁令,这可能即将改变。

FDA当地时间周五宣布,在新的标签要求生效之前,很快就会允许在美国进口和养殖转基因三文鱼,最终将鱼类出售给消费者。转基因三文鱼的生长速度大约是普通三文鱼的两倍。

经过多年的健康和安全评估,三文鱼成为FDA于2015年以来批准供人食用的第一种转基因动物。但在获得批准后,FDA立即发出警报,禁止进口和饲养,直到标签法规陷入困境。

这些新法规将要求销售“生物工程”食品的公司必须对其产品进行标识,并于2020年生效。

AquaBounty是他们命名为“AquAdvantage”的转基因三文鱼品种的公司,他们在加拿大的研发中心生产鱼子酱。但是现在FDA的警报被“停用”,AquaBounty很快就会开始将鱼子酱送往印第安纳州奥尔巴尼的工厂。该公司表示,他们希望在未来几周内为其奥尔巴尼工厂提供最终认证。

虽然三文鱼的鱼肉被批准为安全,但许多人反对转基因食品,担心转基因生物(GMOs)有可能进入野外并破坏自然栖息地和食物链。AquaBounty表示这对他们的三文鱼来说不是问题,因为它们是在水箱内养殖的,所有的转基因三文鱼都是雌性,并且是无菌的。

但并不是每个人都对此感到满意。食品安全中心和其他利益集团正起诉FDA,以防止三文鱼被养殖和出售。

6   2019-12-11 21:37:15.45 中国育成高产高抗水稻新品系 (点击量:0)

新华社南京4月1日电(记者陈席元、眭黎曦)记者1日从南京农业大学获悉,该校杨东雷实验室利用高产基因IPA1提高了水稻对白叶枯病的抗性,培育出既高产又具高抗病性的水稻新品系。相关研究成果近日发表在国际知名学术期刊《自然·植物》上。

“植物抵抗病菌是一个消耗能量的过程,所以有强抗病力的作物往往产量不高,而高产的品种又容易染病。”杨东雷教授说,抗病与高产通常是一对矛盾,就像鱼与熊掌不可兼得,同时达到高产和高抗一直是作物育种的一大挑战。为解决这个问题,科研团队尝试在高产基因中寻找抗病基因。

2010年,中国科学院院士李家洋在国际上首先发现水稻理想株型基因IPA1,作为水稻miRNA156的靶基因,IPA1能够参与调控水稻多个生长发育过程,适度上调IPA1的基因表达可以减少水稻的无效分蘖,增加穗的分支,增强秸秆强度,从而提高单位面积的产量。

杨东雷团队的研究人员发现,当白叶枯病菌侵染水稻时,miRNA156与IPA1等靶基因的表达水平会发生改变。如果下调miRNA156或者增加IPA1的表达,水稻对白叶枯病的抗性虽然会得到大幅增强,但这些水稻分蘖大量减少,穗子变小,育性降低,产量会大幅下降。

为了获得高抗与高产兼具的水稻品种,研究人员给水稻安装了一种“报警器”,一旦有白叶枯病菌入侵,IPA1就会增加表达,经过测试,研究团队将最终培育出的水稻命名为HIP。

后续研究显示,当没有病原菌侵染时,HIP水稻植株的IPA1表达量会微量上调,表现出少蘖、大穗、茎粗等性状,产量得到了提高;当白叶枯病菌侵染时,IPA1就会大量表达,为植株补充“抗体”,增强植株的抗病性。

“更重要的是,我们发现,在白叶枯病侵染时,HIP水稻仍然能够保持高产。”杨东雷说,该研究发现了miRNA156与IPA1这一对控制水稻生长与抗病的因子,阐明了IPA1抗病的分子机制,研究团队也据此培育出高抗高产的水稻新品系。