基于CRISPR的基因编辑技术发现番茄植物中复杂的多基因性状

特拉维夫大学生命科学学院植物科学与食品安全学院的研究人员开发了一种针对农作物的基因编辑方法，该方法影响了番茄植株的各种性状，包括果实的味道和形状。

　　

研究人员表示：“农作物基因编辑是一个复杂的过程。我们的方法克服了重大挑战，可用于研究和影响不同大田作物的多种性状，例如抗病性和抗旱性。”

特拉维夫大学生命科学学院植物科学与食品安全学院的研究人员开发了一种针对农作物的基因编辑方法，该方法已影响番茄植株的多种性状，包括果实的口感和形状。研究人员认为，这项创新技术可以应用于多种农作物品种，并最终可能用于培育新的改良植物品种。研究人员表示：“我们证明了，利用我们的技术，我们能够选择并影响特定的性状，这对于推动农业发展和实现粮食安全至关重要。”

该研究由特拉维夫大学植物科学与食品安全学院的Eilon Shani教授、Itay Mayrose教授和博士生Amichai Berman，以及中国科学院大学博士生苏宁和张玉琴博士，以及以色列农业科技公司NetaGenomiX的Osnat Yanai博士共同领导。该论文发表在著名期刊《自然通讯》（Nature Communications） 上。

Shani 教授解释说 ：“世界各地的研究人员正致力于推动农业发展，以应对全球加速变化，并在未来几十年养活全球人口。此外，基因编辑技术正在不断发展，以培育具有理想性状的新植物品种，例如抗旱、抗热、抗病，风味更佳，营养利用更优化等等。CRISPR-Cas9 就是这样一种方法，它通过精确修改基因组中的特定基因，彻底改变了基因编辑领域。”

然而，在农业发展领域，这种方法面临着几个根本性的挑战：首先，虽然CRISPR技术可以实现靶向基因编辑，但迄今为止，这种能力的规模有限——可供编辑和研究的基因数量非常少。在当前的研究中，我们显著提高了该方法的效率，使我们能够研究数千个基因的作用。其次，许多植物表现出“遗传冗余”：来自同一家族的不同基因，由相似的氨基酸序列组成，相互补偿，即使一个基因被失活或编辑，也能保留其性状。

Amichai Berman ：“为了克服基因冗余，我们的目标是同时改变相似基因的整个家族。在之前的研究中，我们开发了一种突破性的解决方案来克服基因冗余问题——一种专用算法，并向其输入了我们想要编辑的数千个基因列表。该算法会为列表中的每个基因（或基因组）识别出合适的CRISPR单元，从而诱导所需的修饰，从而构建CRISPR文库。第一项研究在模式植物拟南芥 中取得了良好的结果，此次我们首次尝试在作物中测试该方法。我们选择了番茄。”

在这项研究中，研究人员构建了10个包含约15,000个独特CRISPR单元的基因组库，这些单元针对番茄基因组进行编辑——每个单元旨在影响同一家族中的特定基因组。随后，他们利用这些CRISPR单元对约1,300株番茄植株进行编辑，每株植株的基因组都发生了改变。研究人员随后追踪每株植株的发育情况，以检查这些选定的改变是否体现在果实的大小、形状、口感、营养利用率或抗病性方面。结果显示，研究人员鉴定出几个品系的甜度水平低于或高于对照植株。

Shani教授总结道 ：“在这项研究中，我们利用创新方法，成功地对番茄植株的基因家族进行了有针对性的基因改变，并精确地确定了哪些基因编辑产生了预期的结果。” 以色列农业科技公司NetaGenomiX已获得将该项新技术商业化的许可，旨在通过开发适应气候变化的非转基因作物来提高粮食安全，为农民和消费者带来福祉。

Amichai Berman 补充道 ：“我们相信，我们的研究将为培育更多作物的优良品种打开大门，并推动整个植物科学领域的进步。在后续研究中，我们正在致力于开发番茄和水稻的更多选择性状。”