近年来，人工核酸内切酶介导的基因组编辑技术逐渐兴起，在生命科学基础理论研究、动植物的遗传改良以及人类健康等领域掀起了一场颠覆性的革命。2015年3-9月，德国国家科学院（Leopoldina）^[1],[2]、欧洲科学院科学咨询理事会（EASAC）^[3]等机构相继发布报告对基因组编辑技术等新技术的监管及影响发表声明和阐明立场。

一、基因组编辑技术的种类及研究进展

基因组编辑技术是近年来发展起来的一种对基因组DNA实现靶向修饰的新技术，根据介导的人工酸酶种类，基因组编辑技术目前可分为4类，分别是归巢核酸酶（MN）、锌指核酸酶（ZFN）、转录激活因子样效应物核酸酶（TALEN）和成簇的规律间隔的短回文重复序列（CRISPR/Cas）。

MN技术出现的时间最早，1990年就被用于基因修饰，相关技术的研发和应用主要集中在Cellestis和拜耳等较大的生物公司。有限的MN种类和识别的DNA序列以及低突变频率等因素制约了该方法的推广利用。

ZFN技术2001年首次应用于非洲爪蟾卵母细胞，随后该方法在黑腹果蝇、斑马鱼、大鼠、小鼠、拟南芥等模式生物中成功实现了靶基因的敲除或定点修饰。由于ZFN的筛选和设计存在较大技术困难，以及ZFN的脱靶切割会导致细胞毒性，该技术的推广受到了限制。

TALEN技术与ZFN技术相比有较大的应用优势，不需要筛选过程，可在较短时间内完成TALEN载体构建。该技术使基因组编辑的效率和可操作性得到了提高，2011年以来在多个物种中成功实现了目的基因的敲除、外源基因的定点插入、基因组大片段删除和基因的转录调控。

CRISPR/Cas技术是继ZFN和TALEN等后的第三代基因组编辑技术。与其他基因组编辑技术相比，CRISPR/Cas技术利用的是RNA，技术设计更为容易和有效。2012年美国科研人员破译了该系统引导RNA结合和靶向识别的基本机制，使该技术在应用研究中获得重大突破。2013年，CRISPR/Cas分别被美国《科学》和《自然-方法学》评选为十大科学突破之一和近十年对生物学研究最有影响力的方法之一。目前该技术已在多种生物中成功实现应用，包括单基因敲除、外源基因插入、基因靶向修复、多基因敲除、大片段敲除和调控基因表达等。

二、基因组编辑技术在植物中的应用

在基础研究中，基因组编辑技术主要应用于模式植物或作物内源基因或标记基因突变及基因插入研究。其中，MN主要用于拟南芥、烟草以及玉米中内源基因突变和标记基因的研究；ZFN技术已成功应用于多个植物物种的基因突变或插入，以获得除草剂耐性如烟草和玉米耐除草剂基因等；TALEN主要用于定向诱变和靶基因的激活研究，如水稻白叶枯抗性基因Os11N3和小麦抗白粉病基因MLO；CRISPR/Cas系统在重要农作物水稻、小麦和模式植物拟南芥及烟草中成功进行了应用，包括基因定点突变、突变频率及机制的研究

植物育种是基因组编辑技术最重要的应用之一。截至目前，一些利用该类技术研发的作物品种已获得商业化许可。加拿大和美国政府已批准了由美国Cibus公司研发的抗除草剂油菜，这种产品预期将于2016年进入市场。拜耳公司已利用该技术培育出了具有抗虫性和抗除草剂的棉花品系，未来该技术还可用于水稻和大豆品种的改良。精准生物科学公司（Precision BioSciences）和杜邦先锋宣布合作利用基因组编辑技术通过敲除玉米中的ms26基因或使其失活，获得了雄性不育玉米。杜邦与CRISPR/Cas技术领先开发商Caribou生物科学公司达成战略联盟，获得CRISPR/Cas技术在主要农作物中的独家知识产权使用权，并预计到2020年底将会出售用CRISPR技术编辑的种子。Cellectis和陶氏益农等公司分别利用了MN和TALEN等技术培育出玉米和马铃薯新品种。

三、基因组编辑技术在植物中的应用前景和面临的问题

1、基因组编辑技术具有加速育种创新的巨大潜力。与传统育种技术和转基因技术相比，基因组编辑育种技术更有针对性、精确性和可靠性，能提升育种工作效率。具体体现在：能在基因组DNA序列任何位点进行精确的靶向和切割；能对特定DNA片段进行精确的交换和剔除；绝大部分最终产品没有外源DNA；可以很容易地定向改变与植物的毒性和过敏源性有关的基因；也可以使植物在不借助于杀虫剂和除草剂的情况下可以抗虫和抗病；可以快速获得改良作物。基因组编辑育种技术为精确进行基因组特定位点的遗传改造提供了更多的可能性，预计利用这些技术培育的多种改良新品种将在未来几年在全球范围内快速发展。

2、基因组编辑育种技术仍面临诸多问题。由于TALEN、CRISPR/Cas等技术真正应用的时间都较短，因此还存在一些技术问题有待深入研究，如什么样的位点能够获得较高的突变效率？CRISPR/Cas系统的特异性/脱靶效应究竟如何？如何通过分子检测技术区分基因组编辑技术获得的植物突变体与常规突变体？基因组编辑技术作物的未来发展还取决于是否被视为转基因作物及所带来的监管问题。监管门槛降低和审批成本减少可以促进该类技术在作物遗传改良中的应用，并有利于中小型种子公司的发展，使其在投入较少的情况下快速开发出新的品种。

四、发展建议

综合分析各个机构的报告及专家观点，各方建议总结如下：

1、加强和支持基因组编辑育种技术的基础和应用研究。这项技术进入产业化已是大势所趋，其潜在经济效益不可估量，但该技术本身及相关影响方面的研究仍亟待改进与加强，特别是在提高基因组靶向修饰的精度与效率、降低脱靶效应、提高特异性、对植物细胞的影响等方面。

2、加快和明晰基因组编辑技术作物的司法解释步伐。目前，基因组编辑技术作物的分类监管问题已在全球尤其是欧洲等地区受到强烈关注。但迄今为止，全球尚未就此形成达成统一的认识和意见。相关管理机构对于基因组编辑育种技术研发的作物的不明确态度，将会严重阻碍新技术在育种中的应用。

3、建立基于性状/产品的作物品种监管体系。随着越来越多的方法应用于作物遗传改良，识别一个品种产生的技术方法将变得越来越具有挑战性，多种技术方法均可以实现完全相同的DNA改造；转基因与非转基因技术之间的界限也将随着技术的发展越来越模糊。因此，风险评估必须基于证据基础，且应关注性状和产品而不是技术本身。

4、加强科学知识普及与科研过程管理。由于育种过程中涉及到转基因步骤，这项新技术不可避免地会带来生物安全与社会伦理等问题。政府、产业和科学团体应向大众积极宣传相关科学知识及技术优点。此外，科研工作者和产业主体应建立行业的自律标准，以一种明确和透明的方式让大众了解技术研发现状，并确保所采取的任何措施都基于科学证据。                                                 

（杨艳萍）