基因编辑取得突破！科学家通过改变DNA增强农作物光合作用

瞻观前沿

加州大学伯克利分校(UCB)的研究人员最近取得了一项重大突破，他们成功通过改变上游调控DNA来提高粮食作物的基因表达。这项研究代表了一种全新的基因编辑方法，与以往利用CRISPR/Cas9基因编辑消除或减少基因表达的研究不同，这种方法可以增强基因表达并促进下游光合作用。

该研究的主要作者、加州大学伯克利分校Niyogi实验室前博士后研究员Dhruv Patel-Tupper表示：CRISPR/Cas9等工具正在加速我们微调农作物基因表达的能力，而不仅仅是敲除或‘关闭’基因。过去的研究表明，这种工具可用于减少涉及重要权衡的基因表达，例如植物结构和果实大小之间的权衡。据我们所知，这是第一项研究，我们询问是否可以使用相同的方法来增加基因的表达并以无偏的方式改善下游活动。

这项研究发表在《科学进展》上，是实现提高光合效率(RIPE)项目的一部分，该项目是由伊利诺伊大学领导的一项国际努力，旨在通过提高粮食作物的光合效率来增加全球粮食产量。

与利用其他生物基因改善光合作用的合成生物学策略不同，参与光保护过程的基因天然存在于所有植物中。受到2018年《自然通讯》论文的启发，该论文通过在植物中过度表达这些基因之一Psbs来提高作物的水分利用效率，Niyogi实验室及其负责人Kris Niyogi想要弄清楚如何在不添加外来DNA的情况下改变植物原生基因的表达。鉴于大米是一种主食，并且三种关键的光保护基因各只有一个副本，因此它被选为本研究的理想候选者。

DNA中增加基因表达的变化比我们预期的要大得多，也比我们在其他类似报道中看到的要大得多，美国农业部美国科学促进会科技政策研究员Patel-Tupper说。

这项研究的成功为农业领域带来了新的希望，通过微调植物基因表达来增加作物产量和改善作物的光合效率。这将对全球粮食安全产生重大影响，为解决全球粮食短缺问题提供了新的思路和方法。加州大学伯克利分校的这一项研究成果无疑将为农业科学领域带来新的突破和进展。

(图片来源：摄图网)

技术价值观察

从产业链整体环节来看，不同于其他行业，基因编辑行业上游通常不是企业，而是科研机构、高等院校等研究团队，这些研究团队将专利授权给中游的生物科技公司，同时，生物科技公司通过对科研团队投资以共享专利。中游的生物科技公司可分为两大类，一类是基因编辑产品供应商，一类是基因编辑技术服务商，产品供应商指试剂盒、病毒载体及核酸序列合成等供应商，技术服务商通常提供相关的技术平台。下游终端客户主要包括CRO公司、制药公司、生物技术公司、科研机构四大类。通常，生物科技公司为这些下游公司提供产品和技术，相应的，下游公司会对生物科技公司进行投资或与其合作以共享产品。

加州大学伯克利分校(UCB)的研究人员通过改变上游调控DNA来提高粮食作物的基因表达促进下游光合作用。该技术处于基因编辑产业链上游环节。

宏观市场观察

基因编辑细分技术对比

较为常用的基因编辑技术主要为ZFN技术、TALEN技术以及CRISPR/Cas9技术，依此为第一代、第二代、第三代基因编辑技术。从操作应用方面，识别精度、识别效率、剪切效率逐渐提升，成本逐渐下降，商业化程度逐渐提升。

三种基因编辑技术的比较：CRISPR/Cas的优势明显

作为革命性的基因编辑技术，CRISPR/Cas的优势非常明显，相较于ZFNs和TALENs，CRISPR/Cas的设计难度和构建难度都要小的多，成本更低，开发周期更短，靶向修饰效率更高，此外CRISPR/Cas还具有可以多靶点编辑和可以编辑RNA的优势，这是前两种技术所不具备的。

基因编辑科研发展方向

从我国基因编辑行业相关科研项目的主题词来看，CRISPR技术是当前我国基因编辑领域中最热门的技术，通过统计主要主题词频，可以看出，CRISPR出现次数较多，同时，基因编辑另外两项技术ZFN、TALEN未出现在主要主题的统计列表中，表明其作为主题词出现的次数低于70次。

注：基因编辑相关包括主题词基因编辑、基因编辑技术、基因组编辑、基因组编辑技术;CRISPR相关包括CRISPR/Cas9、CRISPR、CRISPR-Cas9、CRISPR/Cas。

中国基因编辑技术赛道热力图

根据产业热力图显示，目前基因编辑关键技术强相关的城市集群主要集中在华中和粤港澳大湾区，尤其是河南省成为重点发展区域。这些城市群已投入大量政策、资金、环境和人才资源用于基因编辑研发，成为潜在的基因编辑技术发展中心。根据热力图的分布华北地区有极大的可能性成为基因编辑技术的先导区域。重点关注河南省周口市沈丘县、江西省宜春市万载县、广东省深圳市南山区等地的相关企业，以及这些地方对基因编辑产业发展的投资环境和潜力市场。

经济学人APP资讯组

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标签： 基因 编辑 技术 随笔