又下一城！CRISPR“难啃”的作物现在可通过携带CRISPR的花粉编辑基因

基因组编辑器CRISPR已经改变了生物学的许多领域，但由于小麦和玉米等作物细胞壁坚韧，使用这种工具来改良它们仍然很困难。现在，一家大型农业公司创造性地解决了这个问题，他们利用一种转基因植物的花粉将CRISPR的成分带入另一种植物的细胞中。科学家说，这一解决方案有望加速培育更好、用途更广的作物。

在最初的试验中，该公司对玉米品种进行了编辑，使其籽粒更多或更饱满，从而提高产量。圣保罗明尼苏达大学(University of Minnesota)的植物生物学家Daniel Voytas，曾帮助发明了一种不同的基因组编辑器，并与他人合作开发了另一家公司，他说：“令人兴奋的是，越来越多的研究小组——包括学术界和产业界——正在考虑提供基因编辑(组件)和有效恢复基因编辑植物的新方法。”

CRISPR是由一种叫做Cas9的酶剪刀组成的，由RNA构成的靶点可以穿梭到基因组中的一个确切位置。因为与动物细胞相比，植物细胞有一个坚硬的细胞壁，CRISPR的 Cas9和向导RNA 更难到达它们的基因组并进行编辑。因此，研究人员不得不将这些CRISPR基因拼接到一种细菌中，这种细菌可以破坏植物细胞壁，或者把它们放在金微粒上，然后用基因枪将它们射进细胞内。这不仅不雅观的，而且在许多植物物种中也不起作用，其中包括重要的作物品种。

由北卡罗来纳州达勒姆市先正达(Syngenta)的植物生物学家Timothy Kelliher和Qiudeng Que领导的一个研究小组，利用一种被称为单倍体诱导(Haploid induction)的奇特现象，独创了解决这个问题的方法。新培育的植株只有一组雌性染色体，这使得它们成为单倍体，而不是传统的二倍体。单倍体诱导本身可以提高育种效率和产量。

染色体倍性是指细胞内同源染色体的数目，其中只有一组的称为"单套"或"单倍体"。

先正达最初使用的是一种通过细菌或基因枪技术可以相对容易地利用CRISPR进行转化的玉米品种，这种玉米品种有一个受损的母系基因，使其花粉能够触发单倍体诱导。研究人员用gRNA/Cas9基因组合对这一玉米品种进行了改造，该组合旨在针对与不同理想性状有关的基因。这些经过改造植物的花粉可以将gRNA和Cas9编辑机制传播到其他难以用CRISPR改良的玉米品种。

Kelliher说:“关键的创新是利用单倍体诱导剂花粉作为诱饵。他们说，还有一些证据表明，携带 CRISPR的玉米花粉可以编辑小麦的DNA。研究人员进一步为拟南芥设计了第二个CRISPR系统，拟南芥是一种与卷心菜、西兰花、羽衣甘蓝和花椰菜相关的植物属。

加州大学戴维斯分校的植物生物学家Davis说:“这是一项杰出的工作。将单倍体诱导和基因组编辑这两种技术结合起来是一项创举。”

这种被先正达称为CRISPR花粉法的单倍体诱导编辑(HI-edit)方法，迄今为止只在实验室中进行过。但科学家们表示，如果在田间进行，这种变化不会扩散，因为携带CRISPR花粉中的雄性基因组在受精后不久就会消失。“CRISPR机制丢失了——这是一种短暂的传输，”Que说。而且，由于这种方法不涉及将CRISPR基因植入最终作物的DNA中，因此根据美国现行法规，它们可能不具备转基因的资格，从而更容易获得销售这些作物的监管批准。