讓農業可持續發展成為現實——改變世界的CRISPR 技術

根據聯合國設立的可持續發展目標，在2030年前要消除飢餓。然而，在全球氣候變化和新冠大流行的背景下，這個目標變得更加難以實現，因此保障糧食生產、開發可持續作物、促進可持續農業發展具有十分重要的意義。

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20世紀40年代中期綠色革命興起，在此期間科學家開發出了高產品種的農作物，使得單位面積的作物產量增加。但傳統的育種技術並不足以實現糧食安全，因此出現了轉基因和基因編輯技術，轉基因食品在我們的日常生活中已經司空見慣，但你知道這項技術是如何實現的嗎？

2012年，來自加州大學伯克利分校的教授詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna）和德國馬普感染生物學研究所教授埃馬紐爾·夏彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）在Science 雜誌發表了基因編輯史上的里程碑論文，成功解析了CRISPR /Cas9基因編輯的工作原理，由此引發了CRISPR技術在各領域的應用。

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CRISPR是很多細菌細胞裡的一種適應力免疫系統，其中有一部分名為Cas9的蛋白質，它可以使細菌尋找、剪斷、並最終削弱病毒DNA 。微生物學家據此發明了CRISPR/Cas基因編輯系統，該技術能有效實現基因的精確操作，在2013年首次被用於真核生物的基因編輯。

鹼基編輯（BE）

圖片來源：Crop Life

先導編輯系統(PE)

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基因編輯主要通過鹼基編輯（BE）和先導編輯系統(PE)實現。聽起來複雜，但其實CRISPR技術已經在作物領域進行了大量的運用，為提高農作物的產量和質量作出了不可磨滅的貢獻。

作物

基因改良

基於CRISPR技術，科學家對水稻、番茄、玉米、小麥、馬鈴薯等多種作物進行了基因編輯，在多個方面實現了作物品質的提高（如高產量、高營養、高抗病性），例如，為解決全球糧食安全問題提供重要的支撐。

養殖業

生產優化

CRISPR/Cas9 技術還可以用於優化養殖業生產。通過編輯動物基因組中的一些基因，可以提高動物的生產性能、抗病能力，也同樣可以開發新品種，提高質量和產量，從而提高養殖業的效益。

食品

安全監督

在食品安全監管方面，CRISPR/Cas9 技術也有極大的應用價值。基因的改變可以降低作物對化學農藥和化學肥料的依賴性，從而減少化學農藥和化學肥料的使用量，提高食品的安全性和質量。

除了作物領域的應用之外，CRISPR技術在其他領域也還有無限可能。比如，利用這個技術，人類在治療疾病方面能夠做出更多的創新。除了Cas9，目前還有能大段刪除DNA的Cas3、能用於疾病診斷的Cas13、體積更小並有望在臨床上完成基因遞送的CasX等，它們將會為更多疾病提供治療手段。

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展望未來，CRISPR技術仍然大有可為，讓我們共同期待基因編輯技術給人類帶來的驚喜和突破，也期待這項技術在作物領域大放異彩！

Reference：

1. Genome editing techniques in plants: a comprehensive review and future prospects toward zero hunger