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基因编辑与未来农业-张峰教授做客百博智慧讲堂精彩回放

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2020-05-10 00:00


 

 

 

  在一个多小时的报告里,张峰教授介绍了基因编辑发展的历史、现状和瓶颈,详细讲解了Calyxt公司应用基因编辑技术开发的高油酸大豆及耐存储的土豆品种等案例,并指出基因编辑技术可加速农艺性状和品质性状的整合,快速驯化种质资源,从而实现根据需求对品种的株型、口感和品质等性状进行定制。在张峰的领导下,Calyxt有7个基因编辑的产品获得美国农业部非转基因品种认证,该公司于2017年成功登录美国纳斯达克股票交易所。

  张峰教授的报告受到了广泛的关注,一天内播放量即达到1.8万次,创下了百博智慧大讲堂的最高纪录。讲座期间,听众反应热烈,提出了很多问题,张峰教授一一做了解答。为让更多的朋友能观看到精彩的报告,特在此提供张峰教授的PPT内容及对听众问题的解答。关注百奥云微信公众号,输入“基因编辑”,可获得视频回放的地址和讲座内容的PDF文件。

 

 

  张峰教授简介

  张峰教授目前就职于美国明尼苏达大学植物及微生物学系,任助理教授。张峰教授长期从事于植物基因编辑以及作物性状改良方面的研究。他是第二代基因组编辑技术,TALEN技术的共同发明人。TALEN 技术大大提高了基因编辑技术的易用性,使高效编辑任意基因成为了可能。该技术于2012 年被科学杂志评为年度10大科技突破。

  张峰教授利用TALEN技术成功地在多种植物,包括烟草,大豆,土豆,油菜,小麦以及苜蓿中进行了精确的单基因和多基因编辑,研发了无反式脂肪酸的大豆,耐储土豆,高纤维小麦,易消化苜蓿等多个基因编辑作物品种。其中7个品种获得美国农业部非转基因品种认证。

  在加入明尼苏达大学之前,张峰教授作为共同创始人以及首席运营官创立了第一家利用基因组编辑技术进行作物性状改良的生物技术公司,Calyxt,并领导该公司于2017年在纳斯达克成功上市。张峰教授的团队目前主要致力于新一代大规模高通量植物基因组编辑技术的研发,重要农艺性状改良,以及合成生物学方面的研究。

 

 

 

 

  Q:1、高油酸大豆的产量、蛋白含量等指标是否发生了变化?

  张峰:我目前做这个品种它没有发生变化。但是有一些报道,在不同的温度下种,可能会有一定的变化。所以在不同品种里做这种高油酸的话,要再进行一些大田实验,产量可能会有一定的影响,但有些比较冷的地方,我估计蛋白含量应该还好。

 

  Q:2、基因编辑技术会不会影响其它性状?

  张峰:主要是看你编辑哪个基因,有些基因是控制多性状的,就像我昨天说的还是有可能的。最终也是要根据最后你的产品的性状来进行筛选,并不是说你确定了一个基因,你编辑的肯定就会达到你的效果,肯定是会要有一个筛选过程。

  

  Q:3、自然界中是否已经存在高油酸的大豆品种?关于单糖相关基因编辑后是否影响土豆的储藏期?

  张峰:第一、野生大豆或者大豆近缘的一些品系里面,现在商用大豆,既然品系里面有一些高油酸的品种,没有那么高。所以得通过好多代的杂交,现在美国有这种大豆品种是通过把这些基因突变从比较远缘的种里面引进来的方法,他们杂交了十好几年才能拿到品种。有,但是基因编辑会更快。

  单糖相关基因编辑后,是否影响土豆的储藏期?从我们现在来看,我们并没发现影响土豆的储藏期,但是最担心的是用这种土豆要制种的话,可能会影响种子的种薯的长芽。但是它是有4个基因,我们现在希望能找到一个不是敲除所有基因的一个平衡点。

  

  Q:4、您提到的基因编辑改良土豆,生产的商品已经在美国市场销售了?市场接受程度怎么样?

  张峰:没有,还没有在市场销售,还是在处于产量、储藏的各种测试阶段。市场的接受程度不好说,不过至少我们已经拿到美国农业部的非转基因品种的审批。我觉得任何一个新事物市场都需要一个培育过程,现在很难讲。我们最希望的,通过做这些对消费者有益的性状来培养市场,来提高消费者的接受程度,避免重新犯转基因以前犯过的错误。

  

  Q:5、请问目前基因编辑初创公司在美国投融资情况怎么样?

  张峰:基因初创公司在美国投资融资的情况现在还是不错的。基本上初创公司每年至少有一一两家出现,现在关键不是说哪个技术,而是说你要拿技术做什么。最主要的,不是说你有新的编辑技术,当然有最好,但是很难比现在Crisper更好。你编辑什么,这才是最主要的。

  

  Q:6、有做过谷子方面的基因编辑吗?

  张峰:我们没有直接做股谷子方面基因编辑,但是最近我们有一个课题是做谷子的以前的野生的祖先,实际上是狗尾草的基因编辑,我们做得非常成功。谷子的难点实际上是基因转化或者说植物转化祖培,我觉得如果投入加大力度的话,应该能够攻克。

  

  Q:7、截止目前,基因编辑被归为转基因技术行列了吗?

  张峰:根据不同的国家怎么报批、怎么审批基因编辑产物作物的这么一个问题,不属于一个科学问题,属于一个审批问题。各个国家现在分成两个阵营,一个是北美洲、南美洲主要几个以前就对转基因作物比较友好的国家,比如说加拿大、美国、巴西、智利、阿根廷这些国家,如果不含有外源基因,你基因编辑的作物就是非转基因。如果还有外源基因就是转基因。尤其是这种序列删除,一般它都归在非转基因里面。现在欧盟还是把它归在转基因,但是也是有办法来规避。

  

  Q:8、基因编辑技术前景如何?

  张峰:前景和技术可以看出来目前属于一个爆发期。不论在人还是在动物、作物的应用前景是非常广阔的。而且现在各方面的调控,配合以后的轻调控会有进一步的加速发展。这个技术在各个物种里面的广泛应用,所以它的前景是非常不错。包括在人的基因治遗传疾病的治疗里面,我觉得在今后2-3年也会有一些重大的突破,更不用说植物马上就会有一些基因编辑作物上市。

  

  Q:9、基因编辑能商业定制改良果蔬植物吗?

  张峰:定制改良果树植入,我觉得以后会做的越来越多。随着我们对基因控制哪些性状了解的更多,另外植物转化的技术也有比较大的突破,在最近的两年以后,会有更大的突破。所以大家会看到越来越多的品种出现,它的商业化我觉得同样要有一个商业的培植和市场的培育过程,其实完全是一个商业运作的范畴了。只要你能够提出一个比较好的概念,我觉得是完全可商业化,且前景是非常好的。

  

  Q:10、基因往往是一因多效的,敲除基因后会对其他性状有多大影响的?如何判断哪些基因适合做基因编辑?

  张峰:一般的话会通过大数据挖掘的手段来确定,你要想达到这个性状,可以做一系列的基因的编辑。然后现在基因编辑技术的效率也蛮高的,可以迅速的来筛选,这是需要一个筛选过程,你希望能拿到最好的性状,而不去影响其他更重要的性状,大数据的基因挖掘是一个比较重要的先决条件。

  

  Q:11、基因敲入或加强表达获得优异性状的编辑改良,在编辑方案上如何设计?以及此类产品面临的监管政策?

  张峰:基因敲入和加强表达,现在很难一两句话解释清楚。不但需要分子剪刀这一套系统,还需要一个敲除的模板,或者你想插入的模板,一块转化到植物细胞里面。目前它的效率比较低,所以有一些不同的设计方案,但是效率都不高,现在我们实验室也在投入很大力量来做。一两句话比较难讲清楚,因为这牵扯到好多技术细节。可以查一些最新的,比如说高彩霞他组发表的最近综述。

  监管政策:只要是插入,就说明还是有一些可能有外源片段插进去,所以现在这还是一个灰色地带。有可能被监管,也有可能算非转基因,看你怎么做插入。

  

  Q:12、欧盟评定基因编辑技术为转基因技术,种业上的商业应用对农产品后续市场风险应该如何评价呢?

  张峰:确实加大了产品出口欧盟的门槛。但是我觉得现在欧盟面临的问题是,如果基因编辑的作物里面不含有任何外源基因,它用现有的转基因检测技术是检测不到转基因的,那么他们怎么来证明这个是转基因还是非转基因?这是他们一个难点。所以我觉得他们以后会有一定的修改,尤其是大宗的这种基因编辑的商品产生以后。目前风险只能是过一两年以后,等这个产品出来以后再来评价。

  

  Q:13、请问这些小公司都获得基因编辑CRISPR专利授权了吗?如何获得专利授权,及成本?

  张峰:因为现在专利在植物方面主要集中在先锋和陶氏合并以后的新的种业公司科迪华公司手上,但是也可以从MIT的张峰组他们那儿直接获取license,据我所知license并不是太贵,他们的目的还是希望大家都能够用起来。这个也是根据你做哪些作物来付他每年的专利授权费用。所以很难说具体的成本怎么样,但是可以谈。另外还有几个小公司,他们也在开发自己的完全开放使用的 CRISPR系统,据说是免费的。

  

  Q:14、请教张老师,高油酸大豆能够替代转基因大豆吗?

  张峰:是两个完全不同的概念。转基因是一个技术概念,高油酸是一个性状概念,我是觉得高油酸由于它的品它提高了豆油的品质,以后很可能会作为一个基础性。大部分的大豆品种都会具有高油酸的性质。

  

  Q:15、calyxt的高油酸大豆在美国超市上架了吗?相比普通大豆油销售情况怎么样?

  张峰:今年他们的销售的策略是,由于种的规模还不够,还没有在超市上架,而是通过连锁快餐店的这种形式,直接供应到一些连锁快餐或者一些服务业的饭店。另外也在网上直销,今年刚开始,还不知道具体情况会怎么样。

  

  Q:16、利用基因编辑技术建立初创公司,张教授有哪些建议?

  张峰:我觉得最主要的还是你想做哪些性状,你要确定你的性状、作物、商业模式,另外就是一个团队,这些其实和任何的高科技公司没有什么大的区别。对市场的培育还要有耐心,要把眼光放的稍微长远一些,这是我的建议。

  

  Q:17、高油酸大豆的商业模式是什么?在玉米、小麦、油菜、水稻上的商业应用如何?

  张峰:商业模式在是一个闭环的操作模式,也就是说我们这个公司的最主要的目标,并不是卖高油酸大豆的种子给农民,然后由农民种,农民再卖给其他地方。而是我们交给农民去卖,然后再把种子收回来,自己去榨油,一直走到下游去卖成品油,整个来控制高油酸品种在闭环的里面。

  在玉米、小麦、油菜、水稻上的商业应用如何?这几个都是比较种植面积很广的大作物,我觉得与其做这些直接做大作物,不如直接从小作物入手。首先,如果是初创公司的话是先立足,但是你如果是大公司的话,可以直接短平快的做一些性状,最主要的还是性状。我知道有人在做低镉的水稻,我知道有人也在做更高油酸的油菜,这些都是能够很快的推上市的东西,最主要的就是你的商业模式是什么?你的公司的规模、渠道和匹配不匹配。

  

  Q:18、对于现在没有参考序列的作物,基因编辑技术如何去应用?

  张峰:这个还是不容易的,但是现在全基因组测序还是很容易。所以第1步还是要有基因序列,要不然的话你会遇到很多问题,比如说基因多少拷贝你都不知道,不建议去做没有参考序列的作物,除非万不得已问题。

  

  Q:19、土豆基因编辑后,怎么做到不含外源基因?因为土豆没有有性生殖。

  张峰:昨天我已经提到了,我们用的是特殊的利用植物原生质体的转化技术,而不是利用传统的农杆菌或者基因枪的转化技术。利用原生字体转换技术,我们能够做到瞬时的表达。CRISPR这套系统不会插入到植物的基因里面,然后这种不会在最终的产品里面有外源基因了。

  

  Q:20、请问目前有大豆基因编辑致敏原的研究吗?

  张峰:我们做过一些动物实验,没有发现,至少高油酸大豆没有。但是任何的基因编辑还是应该稍微做一下致敏源,特别是一些修改了蛋白质还有碳水化合物这些性状,这个也不是很难做。

  

  Q:21、请问一个技术细节,在设计编辑系统中如何保障cas蛋白与引导RNA结合在一起?有否单独残留的蛋白或RNA?

  张峰:我觉得这个问题问的不是太清楚,因为只要把cas蛋白和引导RNA共表达在植物细胞里面,它自然就会结合在一起。然后你通过一些手段,比如说自交或者杂交的手段,只要把 CRISPR的这套表达系统从你的后代里分离出去,它自然就不会有残留的蛋白或者RNA。

  

  Q:22、Cisgenic crops 在美国监管吗?

  张峰:Cisgenic 作物现在有几个先例,也不算非转基因,这其实对于基因编辑技术还是很有利的。如果你都是用的同源的一些基因序列,哪怕做插入,和Cisgenic 的作用是一样的,所以也应该不受监管。Cisgenic 现在整个技术是处于转基因和它的监管也是处于完全的转基因。转那些细菌,做抗除草剂、抗虫的这些转基因作物,还有和基因编辑这两种大的技术之间的这么一个区域。

  

  Q:23、请问一下,通过基因编辑获得材料,是否像转基因一样,通过回交育种转育到其他品种中?知识产权如何保护?

  张峰:这个是完全可以的。因为你做出来以后,它就跟一个普通的亲本一样了,你可以通过杂交回交的手段把它转运到其他品种里面。

  知识产权如何保护?编辑完以后,在基因的地方也会留下类似于指纹一样的东西,你可以利用编辑指纹申请品种的这种保护。

 

 

基因编辑与未来农业PPT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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