外源成分探測器FED對基因編輯水稻、小麥外源成分檢測結果         王克劍供圖

基因組編輯技術為(wei) 動植物遺傳(chuan) 改良提供了革命性的遺傳(chuan) 操作工具。但在基因組編輯過程中，通常需要將外源載體(ti) 導入生物體(ti) 細胞內(nei) ，在基因組編輯完成後，再篩選出不含外源成分的材料個(ge) 體(ti) 。

隨著基因編輯產(chan) 品大規模商業(ye) 化的不斷逼近，如何檢測這些外源成分成為(wei) 各國政府加強管理的一個(ge) 重要技術前提。

近日，中國農(nong) 業(ye) 科學院中國水稻研究所研究員王克劍團隊和中國科學院遺傳(chuan) 與(yu) 發育生物學研究所研究員李家洋團隊合作，在《中國科學—生命科學》（Science China Life Sciences）正式出版發表了一種對外源成分進行精確分析的工具，它不依賴傳(chuan) 統的聚合酶鏈式反應（PCR）等分子檢測手段，可以一次性完成對4萬(wan) 多種不同外源成分序列的檢測。

麵對基因編輯“井噴”，傳(chuan) 統檢測方法應接不暇

中國科學院院士曹曉風認為(wei) ，基因組編輯技術為(wei) 動植物遺傳(chuan) 改良提供了革命性的遺傳(chuan) 操作工具，有望帶來新一輪的農(nong) 業(ye) 科技革命，世界各國在這一研究與(yu) 應用領域展開了激烈角逐。

“生物技術是推動現代農(nong) 業(ye) 產(chan) 業(ye) 發展的核心動力，是提升國家農(nong) 業(ye) 競爭(zheng) 力的戰略利器。基因組編輯作為(wei) 新興(xing) 的革命性技術，有望顛覆傳(chuan) 統農(nong) 作物育種模式，具有巨大的發展潛力和經濟價(jia) 值。”中國工程院院士萬(wan) 建民指出。

萬(wan) 建民說，美國、日本、加拿大、澳大利亞(ya) 、巴西、阿根廷等多個(ge) 國家已陸續出台多項基因組編輯產(chan) 品安全管理政策，將不引入外源成分的基因組編輯作物等同於(yu) 常規育種作物進行管理，簡化基因編輯作物的審批流程，並積極推進基因編輯產(chan) 業(ye) 的全球化布局。

曹曉風強調，這其中，有無外源成分是基因組編輯產(chan) 品是否需要接受政府監管的主要依據。

王克劍告訴《中國科學報》，外源成分檢測主要采用聚合酶鏈式反應等分子檢測手段。但是，基於(yu) 聚合酶鏈式反應的檢測方法需要已知外源片段序列才能設計擴增引物，一次隻能對少數幾個(ge) 完整的外源成分進行檢測。

“在外源片段序列未知或在體(ti) 內(nei) 出現變異等情況下，基於(yu) 聚合酶鏈式反應的方法將無法對其進行有效檢測，導致漏檢。”王克劍說。

另外，基於(yu) 聚合酶鏈式反應的檢測方法易受實驗條件的影響，導致假陽性或假陰性情況的發生。

“為(wei) 應對未來幾年全球基因編輯產(chan) 品即將呈現的‘井噴’態勢，急需建立一套科學嚴(yan) 格的基因編輯產(chan) 品檢測標準。”萬(wan) 建民說，以此保障基因編輯產(chan) 品的安全。

外源成分可實現自動識別

這種對外源成分進行精確分析的工具被稱為(wei) 外源成分探測器（Foreign Element Detector，簡稱FED）。

王克劍介紹，美國國立生物技術信息中心（NCBI）和addgene等生物數據庫收集了各國科研人員遞交的不同物種的各類載體(ti) 序列信息。

“我們(men) 把相關(guan) 數據下載後整理歸類，建立了外源成分數據庫。”目前，這個(ge) 外源成分數據庫中有46695種不同外源成分序列的信息。

外源成分探測器可以將被檢測產(chan) 品的全基因組序列直接和該數據庫中的信息進行比對，從(cong) 而找出是否有相同相似的外源成分。

因此，不同於(yu) 傳(chuan) 統的聚合酶鏈式反應檢測，外源成分探測器可在外源成分信息未知的情況下，一次性完成對46695種不同外源成分序列的檢測。同時，外源成分探測器還可以精確鑒定出外源成分的片段長度及在基因組上的插入位置。

“這個(ge) 方法就像在人臉識別係統中錄入每一個(ge) 人的頭像，以後就可以自動采樣識別人臉。大數據識別操作簡單、識別精準、效率高。”王克劍說，而傳(chuan) 統的聚合酶鏈式反應方法是針對每一個(ge) 人臉的特征進行局部檢查，需要個(ge) 性化設計實驗，檢查後再核對一致性。

中國科學院院士曹曉風指出，該基因編輯外源成分檢測分析平台，從(cong) 全基因組水平對動植物基因組編輯產(chan) 品的外源成分進行鑒定分析，猶如給基因組編輯產(chan) 品的監管配上最先進的“人臉識別”技術，通過基因組大數據分析使外源成分無處遁形。

可實時更新的檢測分析平台

目前，外源成分探測器已經內(nei) 置了24種植物（水稻、小麥、玉米、大豆、油菜、西紅柿等）和13種動物（豬、牛、羊、雞、鴨等）的參考基因組信息，有望為(wei) 全球基因組編輯生物的應用和安全監管提供重要工具平台。王克劍告訴記者，外源成分數據庫的信息還在不斷更新。

萬(wan) 建民說，這一基因編輯產(chan) 品外源成分檢測分析平台，從(cong) 全基因組水平對常見外源成分進行大數據分析，且該平台內(nei) 置的外源成分數據庫可以根據全球最新研究進展進行實時更新，有力保障了基因編輯產(chan) 品不受外源成分的汙染。

該檢測分析平台實現了基因編輯外源成分檢測從(cong) 傳(chuan) 統實驗鑒定到大數據智能分析的迭代升級，具有高精度、高通量和適用範圍廣等優(you) 點，為(wei) 基因編輯產(chan) 品產(chan) 業(ye) 化提供安全保障，為(wei) 基因編輯產(chan) 品監管政策提供科學依據。

曹曉風說，該檢測分析平台具有超高通量、準確率高、兼容性強等諸多優(you) 點，還可不斷延展，接納來自全球的更新數據，是一款基於(yu) 互聯網思維打造的檢測方法，有望顛覆傳(chuan) 統的外源成分監管手段，為(wei) 全球基因組編輯生物的應用提供重要的安全監管工具技術平台，為(wei) 全球基因組編輯監管體(ti) 係建設賦能，加速推動基因組編輯產(chan) 品的安全有序上市。

相關(guan) 論文信息：https://doi.org/10.1007/s11427-020-1731-9

外源成分探測器鏈接：https://www.hi-tom.net/FED



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