浅谈基因编辑技术在农作物领域中的应用与问题探究

随着ZFN、CPISPR/Cas9 等基因编辑技术的发展和运用,大量基因编辑作物生产出来, 这种背景下,基因编辑作物的检测及安全成为重点研究问题。本文主要围绕基因编辑技术在农 作物领域的应用、针对基因编辑农作物的安全评价监管、基因编辑农作物的检测等方面展开讨 论,具体分析了基因编辑技术在农业领域的应用现状,并以保障农作物食用安全为主,加强基因 编辑作物有关问题的研究,促进农业领域良好发展。     

基因编辑技术及其在作物育种中的应用与安全管理

基因组编辑技术是研究基因功能和对生物体基因进行定向改造的有力工具。随着近几年CRISPR/Cas9技术的快速发展,基因组编辑技术在作物育种领域起着越来越重要的作用。介绍了ZNFs、TALENs和CRISPR/Cas9系统的原理及在作物育种领域的研究进展,重点论述了CRISPR系统相关的变体和该系统在植物基因功能研究和作物育种中的进展。同时,也论述了基因编辑作物的检测方法及不同国家和地区对基因编辑作物的监管态度,重点介绍了美国、欧盟以及我国目前的监管态度,并分析了基因编辑作物存在的问题和发展趋势。为我国基因编辑作物的研究、安全管理和商业化批准提供了参考。     

CRISPR/Cas9技术在农作物应用中的局限及改进

基因编辑技术是一种可直接对DNA序列进行稳定、精准改造的技术,其中CRISPR/Cas9技术以简便、高效、经济等优势脱颖而出。在农作物中,CRISPR/Cas9技术被广泛应用于作物遗传育种、植物基因改造、农作物品种改良等多个方面,给农作物领域带来巨大机遇。但机遇与挑战并存,该技术在实际应用中亦遇到一些困难。因此,本文围绕CRISPR/Cas9技术的原理、局限及改进方案进行综合阐述,以期为CRISPR/Cas9技术在农作物中的进一步应用提供理论基础。     

作物改良领域人工核酸酶技术全球专利布局分析

利用德温特世界专利索引数据库(DWPI),分析作物改良领域人工核酸酶技术专利布局,揭示关键技术发展方向和趋势、技术分布区域、专利申请人情况、竞争对手情况以及各技术方向对应的技术功效分布,以期为我国研究者的技术研发和专利布局提供参考。     

作物智能设计育种——自然变异的智能组合和人工变异的智能创制

作物育种正在从传统的经验育种转向BT+IT驱动的智能设计育种。提升智能设计育种的能力和水平对解决我国未来粮食安全问题具有重要意义。未来作物智能设计育种将具有“双轮驱动”特征：智能化的杂交育种以育种大数据和育种模型为基础,精准设计自然变异的最优组合,并以最快捷的杂交组配方式实现自然变异的最优组合;智能化的生物育种利用人工智能技术和合成进化技术,设计DNA/蛋白质序列,可以“道法自然、超越自然”,指导作物的基因编辑育种和合成生物学。探讨了作物智能设计育种范式的理论基础、技术手段和发展趋势,分析了我国作物智能设计育种在产业化过程中面临的市场和政策瓶颈,并提出相关对策。     

植物安全转基因技术研究现状与展望

转基因技术是进行基因功能研究和作物遗传改良的重要工具。根癌农杆菌介导转化法和基因枪轰击法是两种主要的遗传转化方法。从1996年首例转基因作物商业化种植以来,2012年全球有28个国家和地区种植转基因作物,种植面积已达1.7亿公顷。随着全球转基因作物的大面积商业化种植,转基因植物的安全性越来越多地受到公众关注。安全转基因技术的研发对于转基因植物的商业化生产具有重要意义。文章详细介绍了目前已报道的安全转基因技术原理及其应用现状。按其作用原理和目的将其分为4类：安全选择标记、标记基因删除及基因叠加、基因漂移防控法和基因定点编辑整合技术。其中,安全选择标记按其筛选原理分为糖代谢相关标记、氨基酸代谢相关标记、激素相关标记和抗逆相关标记。与抗生素和除草剂抗性标记相比,这类标记基因及其表达产物对人和其他生物更安全。标记基因删除及基因叠加技术包括共转化法、位点特异性重组法、转座子法、同源重组法以及基于位点特异性重组的基因叠加技术,其中共转化法又包括农杆菌介导的共转化法和基因枪介导的表达盒共转化法。基因叠加技术为复合性状转基因植物研发奠定了基础,有望成为未来多性状转基因植物研发的重要技术之一。基因漂流防控法包括叶绿体转化法和基因拆分法。基因定点编辑和整合技术包括锌指核酸酶、TALEN和CRISPR/Cas9系统介导的基因定点编辑和整合技术。其中,TALEN和CRISPR/Cas9技术,设计简单,成本低,易操作,靶点分布广泛,有望成为安全转基因研发和应用的重要技术。文章对这些技术原理及其应用现状进行了综述,讨论了其优缺点,并展望了安全转基因技术研发重点和发展趋势。     

意大利纤维作物开发利用现状及对我国的启示

介绍了意大利麻类等纤维作物生产情况,阐述了近年来意大利在麻类等纤维作物开发利用方面取得的重要进展,并借鉴意大利的纤维作物生产和发展经验,对我国麻类作物生产提出了一些建议:重视纤维作物生物质能源技术的研究和开发;加强与意大利等欧盟农业科技发达国家的合作。     

CRISPR/Cas9基因编辑技术的发展及其在植物中的应用

CRISPR/Cas9系统可以对目标基因进行定向编辑，在植物基因功能研究和遗传改良中具有巨大的潜在应用价值，因其具有高效、操作便捷及成本低的特点，成为当前基因组编辑技术的主流。概述了CRISPR/Cas9系统的起源、分类、作用机制及其在农作物和林木基因功能验证和遗传改良中的应用，并对未来需要完善的相关问题和发展趋势进行了探讨。     

限控基因飘流的生物学措施研究进展

转基因作物种植面积逐年增加,到2011年全球转基因作物的种植面积达到1.6亿hm2,较1996年增长了近94倍。随着转基因作物的大面积商业化种植,由此带来的生物安全问题越来越受到人们的关注,其中花粉介导的基因飘流是人们关注的焦点问题之一。探索限控转基因飘流的生物学措施是当前国际上关于生物安全研究的热点和焦点。因此,就目前研究较多的生物学措施如叶绿体转化技术、基因剔除技术、转基因弱化技术、雄性不育技术、种子不育技术、闭花受精和无融合生殖技术、基因拆分技术、可控转基因技术等进行了综述,并对将来的研究方向进行了展望。     

基因工程作物的安全评估与监管:历史回顾与改革思考

基因工程(genetically engineered,GE)作物育种或精准育种(precise breeding)可按人类的意愿做到基因序列、蛋白序列、功能和插入位点四精准。2016年,GE作物的全球种植面积达1.851×10~9 hm~2,30年增加了近100倍,成为农业史上发展最快的技术,产生了巨大的经济、社会和环境效益。GE作物的安全性评估和监管,30年来已积累了海量的科学数据和丰富经验,存在的问题需要认真思考,特别是近年基因组编辑技术的飞速发展,又提出了如何安评监管的新课题。GE育种技术只是一种工具或手段,本身并无固有的特殊风险,与常规育种技术相比,并不增加新的风险。从科学角度看,过去30年中普遍存在监管失当或过度监管问题,没有真正做到以风险为基础的分类监管,欧盟"以技术过程为基础"的监管应当摒弃,即使美国"以产品为基础"的监管也存在需要改进的空间。安评监管必须以科学为基础,如何创新、改革已成为国际发展的共同趋势。本文对GE作物环境和食品安全性评估中的一些科学问题进行了分析讨论,包括评价对象,对靶生物和非靶生物的影响,转基因飘流,毒性、过敏性、营养成分及非预期效应,GE作物中的标记基因及植物病原DNA序列等。根据现有科学知识,讨论了安评监管的重点。文章最后建议按物种、基因、环境三位一体,构建"以风险为基础"的分类管理框架,列出了属于低、中、高风险类别的可能产品。按物种分,重点考察基因供体或受体物种是否有长期安全食用的历史,是否含有已知的毒性物质、过敏原或抗营养因子等。按基因来源分,可分为种内转基因(intragenesis)、近缘转基因(cisgenesis)和远缘转基因(transgenesis)。种内转基因是指同种植物内的基因修饰和转移,如大多数基因组编辑技术改良的作物,将种内的某个或某些基因沉默、敲除或插入、修饰,风险极低。近缘转基因是在有性可交配物种之间转基因,风险类别低。远缘转基因则是转入有性不可交配物种的基因,风险类别中或高。按环境分类,重点考察GE作物释放环境中是否存在有性可交配的近缘野生种或杂草,是否会引起基因渐渗,导致杂种有生存竞争选择优势,以及释放环境是否为该物种的起源中心等。以上应作为GE作物风险评估和监管的重点。     

CRISPR/Cas9技术在园艺作物中的研究进展

【目的】 回顾近年来基因编辑技术在园艺作物中的研究进展,为园艺作物的基础研究与品种培育提供参考。【方法】 从国内外文献资料中收集查阅CRISPR/Cas9技术在园艺作物研究中的研究报道,对其分析汇总。【结果】 传统育种手段难以满足园艺作物对产量和品质日益增长的需求,CRISPR/Cas9技术为其品种改良开辟新的道路,改变园艺作物育种格局,促进其在抵御生物胁迫,响应非生物胁迫,提高果实品质和作物驯化。【结论】 CRISPR/Cas9技术在园艺作物研究中是育种工作不可或缺的关键性技术。     

小杂粮在云南农业产业化中的作用探讨*

 针对国际小杂粮市场的需求和发展，系统地分析了云南小杂粮的地位、资源特色、生态、区位、品牌和产业基础等优势；指出云南小杂粮产业化存在着科技含量低、盲目性大、技术落后、无名牌效应等问题。提出了云南小杂粮产业化发展必须统一规划和布局，重点建立绿色或无公害生产基地，积极推广名牌战略，充分应用现代高新技术拓展小杂粮的研发和利用途径等。以期使小杂粮在云南农业产业化中充分发挥作用提供参考。     

航天育种及其在蔬菜作物上的应用

简要介绍了航天育种技术的概念、原理及特点,概述了国内外航天育种研究的进展和成就,探讨了我国航天育种在蔬菜作物上的应用、存在问题与展望。     

转基因技术在中国主要粮食作物改良中的研究进展

针对转基因技术在中国主要粮食作物改良中的应用,笔者简述了转基因技术的原理和优点,回顾了转基因技术在中国主要粮食作物（玉米、小麦、水稻）品种改良中的研究进展情况,总结了转基因技术在中国主要粮食作物抗病、抗虫、抗除草剂及品质改良中的主要应用,并对今后的研究方向提出了展望,以期可以更好地了解转基因植物,以科学的态度对待转基因植物的应用和发展。     

新形势下如何加快农作物新品种引进推广步伐

针对目前形势,分析了农作物新品种引进推广中存在的主要问题,并提出加快新品种引进推广步伐的有效措施:加大资金投入,打好工作基础;根据市场需求,选准推广品种;搞好基地建设,提高种子质量;良种良法配套,挖掘增产潜力;创新推广方式,强化品种展示;规范品种引进,加强种子管理。     

植物声频控制技术对番茄生长性状、叶绿素及内源激素影响的研究

植物声频控制技术是利用作物与声波的协同关系,对作物发射一定波长和频率的声波,以促进作物生长及提高产量、质量的农业新技术.试验以番茄为试验材料,研究植物声频控制技术对番茄生长性状、叶绿素含量及内源激素生长素、赤霉素、玉米素核苷和脱落酸含量的影响.结果表明,植物声频控制技术能显著促进番茄的生长,可提高产量与叶片叶绿素的含量,还能刺激番茄内源激素生长素的分泌,并且刺激作用具有一定的时间积累效应.     

设施蔬菜自动对靶喷药技术研究现状与分析

[目的]回顾与总结国内外设施蔬菜自动对靶喷药技术的研究现状与进展,为该技术在设施蔬菜自动对靶喷药机器人的发展应用上提供理论和科学依据.[方法]采用相关文献资料、实地调研的方法,汇总、整理及分析.[结果]导航技术国外主要采用基于GPS、机器视觉、激光雷达等技术开发的路径识别及智能避障技术,国内主要采用电磁诱导、基于GPS...     

转基因食品及其安全性评价研究现状

简述了国内外转基因食品作物的研究和发展现状,并分析了转基因食品作物存在的优点和劣势,使人们对转基因食品有初步的了解。由于转基因技术存在一定的风险性,文章指出不仅要对转基因食品进行分子水平和蛋白质水平的检测,而且要依据“实质等同”等原则,从营养学、毒理学和过敏性等方面对其进行严格的食用安全性评价,由此才能给消费者带来合格放心的转基因食品。同时严格的评估和监控也能促进中国转基因技术和转基因食品的健康快速发展。