基因性狀作為最源頭的靶點創新，在技術研發、新品種創制及行業突破中起到關鍵性作用。基因編輯技術是面向未來的關鍵技術之一，日前我國科學家在這一方向又建新功。

中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞研究組研發出一系列新的堿基編輯系統，是具有我國自主知識產權的精準基因編輯技術。它們在醫學和農業方面具有廣泛的應用潛力，有望打破堿基編輯底層專利壟斷，將幫助我國在未來的生物技術產業競爭中處于有利地位。相關研究成果27日在線發表于國際學術期刊《細胞》。

(相關資料圖)

全球來看，美國、日本、印度、歐洲、南美等國家和地區對于基因編輯技術的監管已持開放態度，并且已有基因編輯產品上市。新型堿基編輯工具有何作用？我國農作物基因編輯企業有哪些？目前發展進展如何？

利用AI技術開發基因編輯新利器

蛋白質是生命活動的主要承擔者，對蛋白質進行功能聚類，是理解其參與的生理過程、設計新型蛋白質等的重要手段。高彩霞介紹：“現有的方法主要基于氨基酸一級序列的相似性對蛋白質進行聚類分析，并以此推斷其功能和演化關系。然而，蛋白質功能由其三維空間結構所決定，開發基于三維結構的高通量蛋白質聚類方法，將為蛋白質功能研究提供更直接、可靠的手段，并推動未知蛋白質的功能挖掘。”

“現有的堿基編輯系統在蛋白質研究上有很多局限，而且底層專利由國外持有。”高彩霞說，“由于脫氨酶是堿基編輯系統的核心元件，因此，我們將研究聚焦于挖掘自主知識產權的新型脫氨酶，以開發適用于不同應用場景的新型堿基編輯工具。”

圖1：基于AI輔助蛋白結構分類挖掘脫氨酶并開發具有新特性的堿基編輯系統。圖源：小柯生命馮麗妃

研究中，科研人員發現當蛋白集合的序列同源性較低且功能多樣時，相比于傳統的基于氨基酸一級序列的聚類方法，通過AI輔助的蛋白質結構聚類能夠得到更準確的結果。因此，該方法能為蛋白質功能分析和挖掘提供一個高效、可靠的新策略。

研究人員基于進一步蛋白質結構聚類的結果，鑒定到全新的45個單鏈胞嘧啶脫氨酶（Sdd）和13個雙鏈胞嘧啶脫氨酶（Ddd），開發了一系列新型堿基編輯系統，并在動、植物細胞中進行了測試。結果表明，這一新型堿基編輯系統具有更高的編輯活性和編輯效率，突破了現有脫氨酶的應用瓶頸，展現出新型堿基編輯系統在醫學和農業方面廣泛的應用前景。

有評論認為，研究組創新性地運用AI輔助的大規模蛋白結構預測，建立起全新的基于三級結構的高通量蛋白聚類方法，實現了脫氨酶功能結構的深入挖掘，鑒定到完全區別于已知脫氨工具酶的全新底盤元件，并開發了一系列具有我國自主知識產權的新型堿基編輯工具，為蛋白功能分析、新功能元件挖掘提供了全新策略。

美國首個基因編輯蔬菜已上市

3年前，美國農業部批準Pairwise公司基因編輯芥菜。近日，該公司在美國餐飲服務中正式推出一款蔬菜，這是美國首個使用 CRISPR 技術編輯的蔬菜。

這款蔬菜由紫色和綠色的芥菜葉片組成，產品名為“Purple Power Baby Greens Blend”。“大多數生菜不是很有營養，其他類型的蔬菜風味不佳。使用 CRISPR，我們已經能夠改進綠色蔬菜的營養與口感，且只需要傳統育種方法1/4的時間就能育成。”Pairwise首席商務官Haven Baker說。芥菜植物本身具有尖銳、熱辣、刺鼻的味道，經基因編輯后，芥菜的辛辣味被去除，作為沙拉或主菜都很合適。

據悉，Pairwise公司由 CEOTom Adams、首席商務官Haven Baker以及3位科學聯合創始人共同創立，包括基因編輯領域的領導人物、哈佛醫學院病理學教授Keith Joung，哈佛大學-麻省理工學院博德研究所劉如謙，以及麻省理工學院教授張鋒。該團隊開發了一整套專有系統，并擁有該系統的基礎知識產權。

2021 年 2 月，Pairwise在 B 輪融資中籌集了 9000 萬美元；加上 A 輪融資，總融資額達到1.15 億美元。除了綠葉蔬菜，Pairwise 目前正在其品牌 Conscious? Foods 下開發無籽漿果、無核櫻桃和其他產品。該公司的網站稱，無籽黑莓應該“在未來幾年內”出現在超市，而無核櫻桃可能要到本世紀末才能實現。

Pairwise北卡羅來納州和加利福尼亞州擁有超過 120000 平方英尺的實驗室、溫室和辦公空間，已成功展示了 16 種作物的編輯，其中玉米、大豆和綠葉蔬菜新品種這3種基因編輯作物已經完成了田間試驗。

2021 年，日本東京公司 Sanatech Seeds 在日本推出了一種經過基因編輯的番茄，其中含有大量的 γ-氨基丁酸，即GABA。去年，美國批準了基因編輯的牛用于肉類生產。明尼蘇達州的 Acceligen 公司通過基因編輯讓奶牛擁有短而光滑的被毛，具有這種特性的牛能夠更好地承受高溫。

根據知耕植物基因編輯育種企業信息庫的統計情況，目前，國內外共有植物基因編輯育種企業共124家，其中國內共有50家，占比40.3% ，國外有Calyxt、Benson Hill、Pairwise等行業翹楚作為行業標桿，國內則有舜豐生物、清原農冠、隆平高科等企業走在前列。

同時基因編輯產品和性狀市場競爭激烈。據調查，全球基因編輯作物產品超500種，這些產品處于從基礎研究到高級研發和接近商業化等不同產品開發階段。

我國農作物基因編輯企業有哪些？

▍舜豐生物國內首家開展植物基因編輯產業化運作的企業，擁有基因編輯底層工具CRISPR Cas SF01和CRISPR Cas SF02

山東舜豐生物科技有限公司由朱健康院士團隊領銜創建，是國內首家開展植物基因編輯產業化運作的企業，2023年4月，公司拿到了全國首個植物基因編輯安全證書。公司專注于基因編輯技術的開發及其在農業生物育種、基因檢測醫療等領域的產業化應用。公司擁有基因編輯底層工具CRISPR Cas SF01和CRISPR Cas SF02，打破了國外對于基因編輯核心技術的壟斷，并取得了一系列“卡脖子”技術的關鍵性突破。

舜豐生物搭建了國際一流的基因編輯工程化研發平臺、誘變種質資源創新平臺、生物育種中試熟化平臺，布局多生態區綜合田間試驗平臺；形成“基因編輯+”多技術融合的創新體系及“主糧+經濟作物+高附加值特色作物”全系列產品矩陣；創制了“高產優質、綠色高效、加工專用、營養健康”四大管線的系統解決方案；形成了一眾可市場化的超級新產品，帶動作物育種進入精準調控時代。

▍齊禾生科

致力于基因編輯工具的源頭創新并率先將其應用于農業育種北京齊禾生科生物科技有限公司由基因編輯科學家高彩霞創辦，致力于開發自主可控的新型基因組編輯技術。公司聯合創始人兼首席技術官Kevin Zhao博士畢業于哈佛大學，博士生導師為堿基編輯、引導編輯發明人David Liu。2022年 3 月，公司完成天使輪融資逾億元，是國內目前已公布的基因編輯企業種子輪融資的最大項目。齊禾生科基因編輯技術不斷迭代，1.0DNA靶向切割工具以獨特的挖掘計算方法，已挖掘全新CRISPR-Cas系統，實現基因敲除；2.0堿基編輯技術已實現精準堿基替換，防脫靶穩定性顯著；2.0+引導編輯工具則精準小范圍進行DNA改造；3.0染色體編輯工具可精準、定向大片段基因插入工具開發，優化多組分模塊顯著提高編輯效率。同時，其搭建的SEEDIT研發平臺成果突出，已積累建立了30多個植物的原生質體或發根農桿菌轉化為手段的瞬時活體編輯效率鑒定體系。

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