基因组编辑育种技术及国内外发展态势分析

正基因组编辑技术自诞生以来,以其精确性和高效性迅速在作物和畜禽育种领域得到开发与应用,并展现出广阔的应用前景。随着技术壁垒降低,基因组编辑育种产业发展潜力初显,并已经开始进入基因组编辑育种时代。但是,在基因组编辑技术掀起动植物育种革命的同时,其安全隐患也成为公众关注的焦点,文章简析了基因组编辑育种技术的发展现状以及国内外发展态势,并对我国基因编辑育种技术的发展提出了一系列建议。     

鱼类基因组操作与定向育种

水产养殖已成为全球范围内发展最快的农业产业之一,可持续发展水产养殖的关键在于培育具有优良性状的养殖品种.基因组操作技术为快速、定向的鱼类遗传育种提供了一条重要的可行性途径.本文回顾了基于经典基因组操作技术的鱼类育种方法学历史,如多倍体育种及细胞核移植等.然后重点介绍并展望了基于转基因技术及新近发展的基因组编辑技术的鱼类定向育种方法.后两种技术的发展和应用将会为未来的鱼类种业带来更加高效和更具预见性的育种新方法.     

植物单倍体诱导技术发展与创新

单倍体育种是培育作物新品种的主要育种技术之一,提高单倍体诱导频率和简化诱导程序是单倍体育种技术的关键。随着单倍体诱导技术的发展与改进,单倍体育种技术已被广泛应用于许多重要植物的育种研究中,展现出基因纯合快速、育种年限缩短、育种效率提高等优势。单倍体诱导技术与杂交育种、诱变育种、反向育种和分子标记辅助选择育种等技术相结合,在作物品种改良上的作用更加显著。单倍体和双单倍体在遗传群体构建、基因功能鉴定、转基因研究、细胞学研究等方面具有重要应用价值。本文从单倍体诱导技术、单倍体和双单倍体应用等方面综述了植物单倍体诱导技术的发展,尤其是近年来利用基因组编辑技术创制主要作物单倍体诱导系的进展,并分析了目前研究中存在的问题和今后的发展方向,以期促进单倍体诱导技术尤其是利用基因编辑创造诱导系技术在作物育种中的应用。     

生物技术与我国猕猴桃育种

猕猴桃是原产我国的重要果树之一。随着现代生物技术的发展,以野生和实生选优为主的传统猕猴桃育种方法与以基因组学和转基因为核心的分子育种技术相比,挑战和机遇并存。与其他果树相比,猕猴桃生物技术及其转基因研究较为滞后。就现代生物技术在猕猴桃遗传育种中的方法、应用及研究进展进行了综述,并对我国猕猴桃育种现状进行浅析,旨在为我国猕猴桃育种和产业发展提供方法参考及思路借鉴。     

转基因技术让蚕宝宝吐蜘蛛丝

正我国古代劳动人民在8500年前就开始驯养家蚕,蚕桑丝绸产业在中国起源和发展,并在向全球传播过程中,慢慢积淀形成了丝绸之路。家蚕因其巨大的经济价值和白胖温顺的乖巧形象,而被人们冠以"蚕宝宝"的称呼。生命科学的不断发展,尤其是20世纪50年代以日本科学家为代表的家蚕遗传学研究,以及进入21世纪以来以我国西南大学家蚕团队为代表的家蚕基因组学研究取得的一系列突破性成果,让人们越来越多地认识到蚕宝宝除了吐丝结茧以外的更多重要用途。经过数千年的驯化和选择,家蚕已经具备了异常强大的泌丝能力,1头     

基因编辑技术发展态势分析与建议

基因编辑技术掀起了全球研发热潮,尤其是CRISPR技术成为最有发展前景的基因组编辑技术,迅速实现了在畜禽育种、生物医药研发等领域的应用,相关临床试验已经开展,其发展带动了生物产业发展的新方向,孕育了巨大的社会经济价值,目前产业格局已初步形成。我国对基因编辑一直高度重视,在科研上也紧跟国际发展步伐,取得了一系列突破性成果。同时,在大动物模型构建、疾病治疗临床试验等基因编辑的应用领域,我国已经进入国际第一阵营。未来,我国仍需进一步推进技术源头创新,抢占在该领域的国际话语权;并优化政策环境,保证我国基因编辑技术下游应用的快速健康有序发展。     

2017基因组编辑专刊序言

基因组编辑技术,作为一项生物医学领域的革新技术,已经在动物、植物和微生物基因组改造中得到了广泛的应用。以CRISPR/Cas9为主导的基因组编辑技术掀起了基因组编辑的浪潮,在功能基因组学、遗传改良育种、遗传病治疗等研究中展示出其极大的价值与潜力。本专刊报道了基因组编辑技术的总体状况、在相关领域的基础与应用研究、该技术当前存在的优缺点以及未来展望等。     

农业生物育种技术的发展历程及产业化对策

伴随千百年来自然物种进化与人类科技进步,世界农业育种经历了原始育种、传统育种和分子育种三个时代的跨越。生物育种是生物技术育种的简称,属于从转基因育种3.0版跨入智能设计育种4.0版、集各种前沿技术大成的新一代分子育种技术,其中最具代表性的包括培育革命性和颠覆性新品种的全基因组选择、基因编辑和合成生物技术。回顾了国内外农业转基因和生物育种技术的发展历程,分析了我国生物育种面临的严峻挑战,提出了加快我国生物育种技术创新的产业化对策。     

作物育种关键技术发展态势

传统遗传育种方法是建立在有性杂交的基础上,通过遗传重组和表型选择进行新品种选培。随着所用品种遗传多样性逐步减少,传统育种瓶颈效应愈来愈为明显,利用常规育种技术已经很难育成突破性新品种。生物技术的创新极大地推动了现代育种的发展。随着分子生物学、基因组学、系统生物学、合成生物学等学科的发展和生物技术的不断进步,多学科联合催生了设计育种技术的革新。2017年生物技术发展迅猛,各项技术得到了空前的发展,尤其是基因组编辑技术、单倍体育种、分子设计育种技术的发展,正孕育着一场新的育种技术革命。     

CRISPR-Cas系统在植物基因组编辑中的研究进展

基因组定点编辑技术是研究基因功能和生物体改造的重要工具。CRISPR-Cas(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats and CRISPR-associated proteins)系统是近年来发展的一种新型基因组编辑技术,该技术通过一段向导RNA和配套的核酸酶就可对特定的基因组序列进行定点编辑,具有简单高效、应用广泛的特点,受到了生物学家的广泛关注。本文着重介绍CRISPR-Cas系统在植物中的研究进展,包括CRISPR-Cas9系统在植物中的应用与完善、扩大基因组编辑范围的研究、Cas9切口酶和失活酶的拓展、特异性单碱基突变编辑系统的研究、无外源DNA污染的植物基因编辑技术的发展以及基因组编辑技术在作物育种上的应用等方面。同时也提出了还需解决的问题,并展望了基因组编辑系统在作物育种中的应用前景,为开展这一领域的研究工作提供参考。     

基于CRISPR/Cas原理的转基因产品检测技术研究进展

随着转基因产品商业化种植面积不断增加、国际贸易日趋频繁,对转基因生物安全管理提出了更高的要求。转基因产品检测技术作为安全评价的关键环节,逐渐引起了各国政府的关注。目前,针对转基因产品的快速检测方法层出不穷,但这些检测方法对于设备、试剂和专业的实验人员均有较高的要求。因此,为了有效支撑转基因相关产业的发展和管理,亟需建立一种高灵敏度、高特异性及高效的转基因检测技术。基因组编辑技术是近年来迅速发展的一类遗传修饰技术,其代表技术——CRISPR/Cas技术,更是极大地推动了生物技术的发展。CRISPR/Cas技术除了被应用于基因编辑领域,也逐渐被应用于核酸分子检测领域。基于此,以转基因产品检测技术为立足点,从CRISPR/Cas的检测原理、检测效果等技术层面分析了CRISPR/Cas检测技术发展的必然性,并对其在转基因产品检测上的应用前景进行展望,旨在为我国转基因产品快速检测和有效监管工作提供资料,对于保障我国转基因产品贸易的顺利进行具有重要意义。     

家蚕分子生物学研究进展

近年来,应用RAPD技术,通过构建近等基因系的方法,已筛选出家蚕性别、抗性等连锁的分子标记。日本已成功地构建了家蚕28个连锁群的RAPD分子连锁图,并有7个连锁群和经典的遗传图相对应．我国也公布了RAPD和AFLP分子连锁图,由于密度不够出现28个以上的连锁群;家蚕生物反应器研究和开发已近20年历史,表达了数百种外源基因,由于表达量不高及产物分离纯化难度和成本问题,至今未能进入产业化;家蚕转基因有过比较好的尝试,改进转基因技术提高外源基因的整合率是今后主攻方向。     

我国转基因作物育种发展回顾与思考

文章综述了近30年来我国转基因作物育种发展历程和基本经验,并以实例说明我国已初步建成了世界上为数不多的转基因育种创新和产业开发体系,包括基因发掘、遗传转化、良种培育、产业开发,应用推广以及安全评价等关键环节;棉花、水稻、玉米等作物转基因研究创新能力得到进一步提升,初步形成了自己的研究特色和比较优势。本文对转基因作物育种当前存在的问题与面对的挑战进行了分析,提出了推进重大研究成果产业化、加快重大专项实施和自主创新、加强转基因科学传播等三点建议。     

家蚕CRISPR/Cpf1基因编辑系统建立

自CRISPR/Cas9基因编辑系统成功应用于模式生物以来,因其快速、高效、便捷等特点,广泛应用于基因功能研究、基因治疗和基因工程等研究领域。与此同时,CRISPR/Cas系统不断在微生物界的发现也加速了新的基因编辑工具的不断涌现。CRISPR/Cpf1是第二类 (Ⅴ型) 能够编辑哺乳动物基因组的CRISPR系统,相比于CRISPR/Cas9基因编辑系统,能够利用5′T-PAM富集区增加基因组覆盖率,具有其切割位点为粘性末端和更不易同源重组修复等诸多优势。基于此,本研究构建了能够在家蚕细胞表达的3个不同来源的CRISPR/Cpf1 (AsCpf1、FnCpf1和LbCpf1) 表达载体,选择高度保守的家蚕热休克蛋白基因BmHSP60和家蚕ATP酶家族BmATAD3A基因分别设计靶标gRNA,构建gHSP60-266R和gATAD3A-346R基因编辑载体。通过T7E1酶切分析和T克隆测序,鉴定3个Cpf1基因编辑系统AsCpf1、FnCpf1和LbCpf1对靶标基因BmHSP60和BmATAD3A的编辑效率。同时,利用Western blotting分析不同基因编辑系统敲除靶基因后对其BmATAD3A和BmHSP60蛋白翻译的影响。本研究成功构建了家蚕CRISPR/Cpf1基因编辑系统,能够在家蚕细胞中有效编辑家蚕基因组,为家蚕基因功能研究、基因工程和遗传育种开发了新技术与新方法。     

遗传育种生物技术创新与水产养殖绿色发展

新中国成立70年来,由于政策引导、科技进步和市场开放,中国水产养殖产量持续快速增长.特别是随着生物技术的快速发展,水产遗传育种已从传统选择育种和杂交育种,发展至细胞工程育种、性别控制育种、分子标记辅助选择育种、全基因组选择育种、分子设计育种和基因组编辑等精准设计育种.水产遗传育种基础研究和技术的进步推动着中国水产种业的形成和蓬勃发展,截至2018年,全国水产原良种审定委员会审定并由农业农村部公告的水产新品种就有215个.本文在分析国内外主要进展的基础上,重点综述了水产遗传育种生物技术发展的重大事件及其时间节点、新品种培育和水产种业的发展现状,并由此提出了新时代水产遗传育种和水产种业的国家需求以及推动水产养殖绿色发展的作用及其意义.     

植物基因组编辑检测方法

以CRISPR/Cas9技术为代表的基因组编辑在生物领域的革命性应用使得生命科学研究迈入新篇章。该技术以其灵活性、易用性且扩展性强等优势,大大加快了基因工程研究,也加速了植物分子育种的步伐。但是,遗传转化过程中产生大量潜在的基因编辑植株,使得早期高通量快速筛选和检测目标编辑植株面临很大挑战。本文综述了近年来植物基因组编辑检测的各种方法,比较了其优缺点和适用范围;同时,还对近几年植物基因组编辑检测方法的发展趋势进行了深入分析和展望,以期对基因组编辑技术在植物中的应用提供参考。     

转基因玉米生物育种技术的专利分析及产业发展建议

通过研究转基因玉米育种技术的专利文献,可分析各国转基因玉米生物育种技术的发展趋势、研发领域的分布、跨国种业集团的产业布局。利用MS Excel和Innography等分析软件,采用图表分析方法对世界转基因玉米生物育种的专利文献进行定性分析和定量分析。结果发现,中国是转基因玉米生物育种的主要研发国家之一,其中基因编辑技术处于领先地位;我国创新主体仍以大专院校、科研院所为主,缺乏科研成果的转化动力,需要加大对转基因技术产业的扶植力度和知识产权服务。研究结果旨在为研究者确定研究方向、跟踪竞争对手的研究进展、分析跨国种业集团的产业布局、制定产业发展政策等提供参考建议。     

转基因苜蓿的研究进展

苜蓿素有"牧草之王"的美称,其作为饲草已有2 000多年历史。近几年,随着转基因技术的发展与应用,苜蓿还被用作生物反应器等。国内外科学家对苜蓿的研究领域越来越广泛,转基因技术在苜蓿中的研究报道也越来越多。综述转基因技术在苜蓿品种改良中的应用,介绍遗传转化方法和苜蓿转基因育种的研究方向,并概述苜蓿转基因育种的优点及其应用前景。     

中国肉牛分子与基因修饰育种研究进展

随着世界肉牛产业科技的快速发展,我国肉牛产业的整体水平得到明显提高并取得丰硕成果。肉牛育种技术实现了由常规杂交育种向分子标记辅助育种、全基因组选择育种和基因组修饰育种的技术跨越,揭示出大量与生长发育、肉质品质、繁殖与疾病等相关的候选基因与分子标记,并逐步应用于肉牛育种实践。与生长发育性状相关的基因或分子标记主要集中在生长激素基因、生肌调节因子家族、肌肉生长抑制因子和胰岛素样生长因子等;参与肉质形成的基因主要集中在脂肪酸运输与沉积相关信号通路、钙蛋白酶信号通路、生肌调节因子家族与肌肉生长抑制因子等;繁殖性状相关基因或分子标记主要集中在GnRH-FSHR-LH、生长分化因子9、催乳素受体和FoxO1等;抗病相关基因主要有MHC基因家族、TOLL样受体4基因等。目前,利用精准基因编辑技术已培育出促生长发育与提高肉品质的肉牛育种新材料。本文总结了近年来我国在肉牛分子与基因组修饰育种领域取得的研究进展,以期为我国肉牛遗传育种技术研究提供参考和借鉴。