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基因组编辑育种

基因组编辑分子设计育种

遗传改良是提升动物产肉量、繁殖性能、抗病力和肉质的最重要推动力,但其潜力的发挥受到了常规育种技术的严重制约。近年来的研究表明,基于功能基因组学知识和技术的分子设计育种是克服常规育种技术瓶颈的有效途径。


不同发展阶段,动物育种有不同技术,各种技术也是在不断发展中,技术没有排外性,在很多情况下是互相补充的。如常规育种手段,主要是基于杂种优势和自发突变原理进行杂交育种。而随着分子生物学技术和胚胎工程技术的迅猛发展,分子标记辅助选择、人工授精技术、克隆技术、基因芯片技术、全基因组选择育种等技术已应用于动物育种。


随后发展的转基因技术是将人工分离和修饰过的基因导入到动物基因组中,由于导入基因的过表达,引起动物的性状产生可遗传的修饰,这一技术称之为转基因技术(Transgene technology)。人们常说的“遗传工程”、“基因工程”、“遗传转化”均为转基因的同义词。经转基因技术修饰的生物体常被称为“遗传修饰过的生物体”(Genetically modified organism,简称GMO)。利用转基因技术可以改变动物性状,培育新品种。转基因技术,包括外源基因的克隆、表达载体、受体细胞,以及转基因途径等,外源基因的人工合成技术、基因调控网络的人工设计发展,导致了21世纪的转基因技术将走向转基因系统生物技术-合成生物学时代。


转基因技术也并不是万能的,但它能解决常规育种中通常难以解决的问题,比如可以更快、更精准地培育具有特定目标性状的动物,甚至可以把亲缘关系很远的生物的基因进行转移。转基因本身只是一种技术,它本身不足以成为一个单独的育种体系。经过严格科学评估、依法审定批准的转基因产品是安全的。


     “包括转基因、基因编辑、合成生物学等技术在内的分子设计育种将是农业上育种技术发展的大方向。

---中国科学院院士许智宏


近来,基因组编辑(genome-editing)技术,特别是CRISPR/Cas9技术迅猛发展,其是对生物基因组进行靶向修饰的一项新技术。该技术通过利用人工构建的序列特异核酸酶(SSNs)在基因组靶位点制造DNA双链断裂切口,进而诱导细胞内源性DNA修复机制,通过非同源末端连接(NHEJ)或同源重组(HR)实现基因敲除、替换和插入等操作。


对于复杂性状,通常是多基因控制的性状,往往就需要不同的技术的配合。今后动物育种发展方向就是,在基因组功能基因组研究的基础上,追求更快捷的方法定位和克隆所需要的基因,并更精确地把基因转移到需要改良的动物基因组中的特定位置,在很多情况下不仅仅是单个的基因,而是一组基因,形成模块,所以应称为分子模块育种。人类完全依靠经验进行育种的时代已经过去,由于分子生物学和基因编辑技术的发展,按照人的需求,高效地定向改良农业经济动物的时代已经来到。


      “我们可以利用基因编辑技术创造有价值的动物模型。利用基因编辑的手段,改变一些动物的生理特性,改善生产性状,建立人类疾病的动物模型。

---中国科学院院士周琪