◎ 劉 楊

（大連市檢驗(yàn)檢測認(rèn)證技術(shù)服務(wù)中心，遼寧 大連 116630）

基因編輯技術(shù)是能精確的對生物體基因組特定目標(biāo)基因進(jìn)行修飾的一種基因工程技術(shù)，而CRISPR技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的基因編輯技術(shù)之一。隨著CRISPR技術(shù)不斷成熟，該技術(shù)也成功應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)及食品加工中[1]，并能大幅改善相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量及產(chǎn)量，有助人類營養(yǎng)水準(zhǔn)及生活品質(zhì)的提升。

1 CRISPR技術(shù)在農(nóng)作物改良上的應(yīng)用

傳統(tǒng)育種法是在植物自發(fā)性突變后，通過人為選擇從自然界中挑選出具有特定表征的變異植株，再經(jīng)過反復(fù)地雜交與回交，篩選出穩(wěn)定表現(xiàn)特定性狀的農(nóng)作物，如產(chǎn)量高、抗病力強(qiáng)或易栽培等。但這種方法的效率低，耗時(shí)長，產(chǎn)生的特定性狀變異植株也未必能夠符合需求。

基于CRISPR編輯基因的高效率及準(zhǔn)確性，使用此技術(shù)改良農(nóng)作物成為絕佳的選擇，可以使農(nóng)作物種植具有更高的效益，并且可能會(huì)使農(nóng)作物含有更多營養(yǎng)物質(zhì)或有更長的保存期限。SHEN等利用CRISPR/Cas9技術(shù)對4種不同的水稻品種進(jìn)行基因編輯，研究發(fā)現(xiàn)gs3和gs3gn1a突變體的粒長和千粒重均有所增加[2]。LI等利用CRISPR/Cas9技術(shù)，以中花11水稻品種為基礎(chǔ)材料，對GS3、IPA1、Gn1a和DEP1這4個(gè)與產(chǎn)量性狀相關(guān)聯(lián)的基因進(jìn)行定向編輯，發(fā)現(xiàn)帶有g(shù)n1a、gs3和dep1這3種基因的突變體植株的穗數(shù)、粒重和每穗粒數(shù)均增加[3]。

通過CRISPR基因編輯技術(shù)還能顯著提高農(nóng)作物的抗逆境能力和抗病性。ARGOS基因?yàn)橹参镆蚁﹤鲗?dǎo)途徑的負(fù)調(diào)節(jié)因子，為了降低編輯玉米對乙烯的敏感度，通過轉(zhuǎn)移玉米的UBIQUITIN1啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的ARGOS8基因，在玉米中過量表達(dá)ARGOS8基因，結(jié)果在干旱逆境下，對比對乙烯不敏感的玉米的谷粒產(chǎn)量，比非基因編輯的玉米高[4]。OsERF922基因突變會(huì)使水稻抗稻熱病的相關(guān)基因表達(dá)量提高，使水稻不容易感染稻熱病。以RNA干擾技術(shù)默化水稻OsERF922基因，可以增加水稻對稻熱病的抗病性[5]。

2 CRISPR技術(shù)在優(yōu)化畜產(chǎn)品上的應(yīng)用

CRISPR技術(shù)在家畜（禽）育種中扮演了重要的角色，通過基因編輯改變家畜（禽）的性狀以符合人類的需求，使動(dòng)物育種向大規(guī)?；岸嗷蚋牧嫉姆较虬l(fā)展，提高人類的營養(yǎng)水平和生活品質(zhì)。

BROPHY等利用同源重組技術(shù)，生產(chǎn)出β酪蛋白高表達(dá)牛[6]。WANG等使用CRISPR技術(shù)對豬和牛的肌肉生長抑制素（Myostatin，MSTN）進(jìn)行基因編輯，改造后的MSTN基因在細(xì)胞培養(yǎng)及胚胎中可抑制肌細(xì)胞的增殖與分化，引起動(dòng)物表現(xiàn)雙肌性狀，如明顯的肌肉突出物、較寬的背部或臀部等，可促進(jìn)動(dòng)物產(chǎn)生更多的肉，對豬、牛等肉用家畜的培育有極大幫助[7]。

宋紹征等利用CRISPR技術(shù)標(biāo)靶作用在山羊胚胎纖維母細(xì)胞，成功剔除了羊奶過敏物質(zhì)β-乳球蛋白的基因，顯著提高了羊奶的品質(zhì)[8]，有潛力進(jìn)一步作為醫(yī)療和農(nóng)業(yè)研究之用。

利用基因編輯技術(shù)還能極大提高禽畜的抗病能力。KERR等在2001年的研究發(fā)現(xiàn)表達(dá)hDAF外源基因的豬可以提高自身免疫能力[9]，WALL等人研究表明溶葡萄球菌酶的過表達(dá)可以有效控制奶牛乳腺炎[10]。

3 CRISPR技術(shù)在水產(chǎn)品改造上的應(yīng)用

水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域具有季節(jié)性，產(chǎn)量起伏很大，很難估計(jì)是否足以供應(yīng)所需，而CRISPR技術(shù)的引入為水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域帶來了深遠(yuǎn)影響。最近幾年，科學(xué)家們已經(jīng)利用高通量測序技術(shù)對鯉魚、斑點(diǎn)叉尾鮰、半滑舌鰨、牙鲆、草魚、翹嘴紅鲌、團(tuán)頭魴、尼羅羅非魚、青鳉、大黃魚、大西洋鮭、大西洋鱈和石斑魚等多種水產(chǎn)養(yǎng)殖魚類的基因組進(jìn)行測序[11-12]，為基因編輯在水產(chǎn)養(yǎng)殖魚類中的應(yīng)用提供了豐富的遺傳信息資源，未來還有更多的水產(chǎn)種類將要開展測序工作。

2017年，MOON等成功利用CRISPR技術(shù)標(biāo)靶作用在鯰魚胚胎的肌肉生長抑制素（MSTN）基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)長成的鯰魚平均體重增加29.7%，此外，Dunham以鯰魚作為研究對象，使用CRISPR技術(shù)成功地抑制了三個(gè)生殖激素基因，必須經(jīng)過特定處理后，才可進(jìn)行繁衍[13]。

2019年，周云迪等通過CRISPR技術(shù)建立了青鳉foxl2基因缺失的突變體，foxl2突變體有遺傳雌性、生理雄性的表型特征，結(jié)果表明，foxl2對維持青鳉性腺功能具有重要作用[14]。董穎等首次通過在小體鱘胚胎中同時(shí)轉(zhuǎn)入紅色和綠色熒光蛋白載體，利用TALENS和CRISPR/Cas9進(jìn)行編輯獲得具有單一熒光的后代，實(shí)現(xiàn)了基因編輯技術(shù)在多倍體鱘魚中的應(yīng)用[15]。

4 CRISPR在改造食品生產(chǎn)的微生物上的應(yīng)用

制造食品所涉及的各類微生物如發(fā)酵菌、益生菌等，都可以使用CRISPR技術(shù)加以改造，經(jīng)過基因改造過的微生物生產(chǎn)效率較高，除可提升品質(zhì)及產(chǎn)能外，還可節(jié)省成本。

許多食品的生產(chǎn)依賴微生物的發(fā)酵作用，但微生物（如細(xì)菌、真菌等）遭受病毒或噬菌體的感染后，生長或代謝亦會(huì)受到影響，這對食品業(yè)造成的沖擊是很大的。例如，嗜熱性鏈球菌受到噬菌體的感染后，將嚴(yán)重影響產(chǎn)品的生產(chǎn)。2007年，美國杜邦公司使用CRISPR技術(shù)改造嗜熱性鏈球菌的基因組，使其成為噬菌體不敏感性突變株而免受侵襲，解決嗜熱性鏈球菌受到噬菌體感染而降低或失去產(chǎn)能的問題[16]。

CRISPR技術(shù)還可以用來改善食品品質(zhì)，例如不會(huì)褐變的雙孢菇、更細(xì)嫩的肉品及更可口的高麗菜等。2016年，美國科學(xué)家利用CRISPR技術(shù)敲除了6個(gè)會(huì)導(dǎo)致雙孢菇褐變的多酚氧化酶（Polyphenol oxidase，PPO）基因中的1個(gè)，而降低了約30%的PPO活性[17]。

5 結(jié)語

目前國內(nèi)已有很多實(shí)驗(yàn)室使用CRISPR技術(shù)于基礎(chǔ)研究，如建立實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模式、可用生產(chǎn)農(nóng)作物的基因改造植物、畜產(chǎn)品的基因改造動(dòng)物及生產(chǎn)食品的微生物基因改造等。雖然大多數(shù)研究成果僅限于實(shí)驗(yàn)室或田間試驗(yàn)階段，但是以目前技術(shù)進(jìn)步的速度來看，相信在不久的將來制造出來的產(chǎn)品將被用于實(shí)際應(yīng)用。