基因組編輯技術(shù)為動植物遺傳改良提供了革命性遺傳操作工具。但在基因組編輯過程中，通常需要將外源載體導入生物體細胞內(nèi)，在基因組編輯完成后，再篩選出不含外源成分的材料個體。
隨著基因編輯產(chǎn)品大規(guī)模商業(yè)化的不斷逼近，如何檢測這些外源成分成為各國政府加強管理的一個重要技術(shù)前提。
近日，中國科學院院士、中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員李家洋團隊與中國農(nóng)業(yè)科學院中國水稻研究所研究員王克劍團隊合作，在《中國科學—生命科學》發(fā)布了一種對外源成分進行精確分析的工具。它不依賴傳統(tǒng)的聚合酶鏈式反應(PCR)等分子檢測手段，可一次性完成對4萬多種不同外源成分序列的檢測。
傳統(tǒng)方法難以應對基因編輯“井噴”
中國科學院院士曹曉風表示，基因組編輯技術(shù)有望帶來新一輪農(nóng)業(yè)科技革命，世界各國在這一研究與應用領(lǐng)域正展開激烈角逐。
“生物技術(shù)是推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心動力，是提升國家農(nóng)業(yè)競爭力的戰(zhàn)略利器。基因組編輯作為新興的革命性技術(shù)，有望顛覆傳統(tǒng)農(nóng)作物育種模式，具有巨大的發(fā)展?jié)摿徒?jīng)濟價值?！敝袊こ淘涸菏咳f建民指出。
萬建民說，美國、日本、加拿大、澳大利亞、巴西、阿根廷等多個國家已陸續(xù)出臺多項基因組編輯產(chǎn)品安全管理政策，將不引入外源成分的基因組編輯作物等同于常規(guī)育種作物進行管理，簡化基因編輯作物的審批流程，并積極推進基因編輯產(chǎn)業(yè)的全球化布局。
曹曉風強調(diào)，這其中，有無外源成分是基因組編輯產(chǎn)品是否需要接受政府監(jiān)管的主要依據(jù)。
王克劍告訴《中國科學報》，外源成分檢測主要采用PCR等分子檢測手段。但是，基于PCR的檢測方法需要已知外源片段序列才能設(shè)計擴增引物，一次只能對少數(shù)幾個完整的外源成分進行檢測?！霸谕庠雌涡蛄形粗蛟隗w內(nèi)出現(xiàn)變異等情況下，基于PCR的方法將無法對其進行有效檢測，導致漏檢。”
另外，基于PCR的檢測方法易受實驗條件的影響，導致假陽性或假陰性情況的發(fā)生。
“為應對未來幾年全球基因編輯產(chǎn)品即將呈現(xiàn)的‘井噴’態(tài)勢，急需建立一套科學嚴格的基因編輯產(chǎn)品檢測標準，以此保障基因編輯產(chǎn)品的安全?！比f建民說。
實現(xiàn)外源成分的自動識別
這種對外源成分進行精確分析的工具被稱為外源成分探測器(FED)。
王克劍介紹，美國國立生物技術(shù)信息中心和addgene等生物數(shù)據(jù)庫收集了各國科研人員遞交的不同物種的各類載體序列信息?！拔覀儼严嚓P(guān)數(shù)據(jù)下載后整理歸類，建立了外源成分數(shù)據(jù)庫?！?/p>
目前，研究團隊建立的外源成分數(shù)據(jù)庫中有46695種不同外源成分序列的信息。FED可以將被檢測產(chǎn)品的全基因組序列直接和該數(shù)據(jù)庫中的信息進行比對，從而找出是否有相同或相似的外源成分。
因此，不同于傳統(tǒng)的PCR檢測，F(xiàn)ED可在外源成分信息未知的情況下，一次性完成對46695種不同外源成分序列的檢測。同時，F(xiàn)ED還可精確鑒定出外源成分的片段長度及在基因組上的插入位置。
“這個方法就像在人臉識別系統(tǒng)中錄入每一個人的頭像，以后就可以自動采樣識別人臉。大數(shù)據(jù)識別操作簡單、識別精準、效率高?！蓖蹩藙φf，而傳統(tǒng)的PCR方法是針對每一個人臉的特征進行局部檢查，需要個性化設(shè)計實驗，檢查后再核對一致性。
曹曉風指出，該基因編輯外源成分檢測分析平臺，從全基因組水平對動植物基因組編輯產(chǎn)品的外源成分進行鑒定分析，猶如給基因組編輯產(chǎn)品的監(jiān)管配上最先進的“人臉識別”技術(shù)，通過基因組大數(shù)據(jù)分析使外源成分無所遁形。
實時更新的檢測分析平臺
目前，F(xiàn)ED已經(jīng)內(nèi)置了24種植物和13種動物的參考基因組信息，有望為全球基因組編輯生物的應用和安全監(jiān)管提供重要工具平臺。王克劍告訴《中國科學報》，外源成分數(shù)據(jù)庫的信息還在不斷更新。
萬建民說，這一基因編輯產(chǎn)品外源成分檢測分析平臺，從全基因組水平對常見外源成分進行大數(shù)據(jù)分析，且該平臺內(nèi)置的外源成分數(shù)據(jù)庫可以根據(jù)全球最新研究進展進行實時更新，有力保障了基因編輯產(chǎn)品不受外源成分的污染。該檢測分析平臺還實現(xiàn)了基因編輯外源成分檢測從傳統(tǒng)實驗鑒定到大數(shù)據(jù)智能分析的迭代升級，具有高精度、高通量和適用范圍廣等優(yōu)點，為基因編輯產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化提供安全保障，為基因編輯產(chǎn)品監(jiān)管政策制定提供科學依據(jù)。
曹曉風說，該檢測分析平臺具有超高通量、準確率高、兼容性強等諸多優(yōu)點，還可不斷延展，接納來自全球的更新數(shù)據(jù)。該檢測方法有望顛覆傳統(tǒng)外源成分監(jiān)管手段，為全球基因組編輯監(jiān)管體系建設(shè)賦能，加速推動基因組編輯產(chǎn)品的安全、有序上市。
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