《新闻周刊》：转基因新技术CRISPR养活全世界

　　导读：《新闻周刊》最新一期封面文章称，转基因技术出现名为CRISPR-Cas9的新突破。CRISPR-Cas9 本是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御，如今科学家可用以精确分析和操控作物基因，在不改变物种本质的情况下提高其产量、营养价值和适应能力。

　　内布拉斯加一位玉米种植者望着田间因干旱而发育不良的玉米杆一筹莫展、一位尼日利亚农民从地里挖出干瘪的红薯、一位哥斯达黎加咖啡大户因咖啡病虫害让几百名工人回家待业。去年春天笔者在纽约种了几颗樱桃树，今年夏天的一个早晨，笔者发现树上爬满了日本甲虫。

　　在这个遭受气候变化和经济全球化的星球上，这类灾害正变得日益普遍：农作物受旱、土地因过度耕种和旱灾而退化、漂洋过海的害虫对毫无防备的庄稼大吃特吃。虽然多年来农学家一直在寻求解决之道，但人口迅速增长使得这些挑战极为迫切。如果我们不能养活全世界，最终我们将自食其果。

　　联合国[微博]及多位专家预计，到2050年全球粮食产量将翻倍，届时全球人口数量将从目前的70亿增至90多亿。到2015年还只有35年的时间，而且不会增加新的可耕地。事实上可耕地也许还会减少。比如，美国农业部数据显示，2002年到2012年的10年间，美国可耕地减少了7300万英亩(约合4.4亿亩)。由于最近几年来的严重旱灾，一定有更多耕地抛荒，今后的形势只会越来越严峻。

　　不过，解决办法似乎初露端倪。 2012年，科学家发明了革命性地改变植物基因序列分析、操控方式的新工具。与以往基因修改工具不同的是，这种名为CRISPR-Cas9的新工具十分有针对性，科学家可利用它精准定位单个基因，将其打开或关闭，移除基因或用不同基因替换。初步迹象显示，该工具与培育新杂交品种的传统辛苦方式相比就像F-16战斗机之于石器时代的长矛。生物学家和基因科学家深信它能帮助他们实现第二次绿色革命——如果我们愿意的话。

　　“现在我们改写基因有了极其简便，迅速和高效的技术，” CRISPR-Cas9发明者之一、加州大学伯克利分校的杜德拉(Jennifer Doudna)在2014年“基因组学创新计划”(Innovative Genomics Initiative)成立之日如是说。“它能使我们完成以前无法做到的实验。CRISPR-Cas9工具的速度与简便对农业具有重大意义：我们能借此培育出更加耐旱的作物，或者增加农作物的收成。研究人员已经兴奋不已，相关专业论文已经发表了150多篇，而且发表速度日益加快。

　　CRISPR是“规律成簇的间隔短回文重复”英文首字母简写，是细菌用以保护自身免受致命病毒和噬菌体伤害的手段。回文重复作为免疫应答元素是细菌从入侵病毒复制、混合的基因代码，这样入侵病毒再现时就能够轻易被认出——与FBI张贴通缉令、往敌人身上喷洒荧光粉如出一辙。

　　这种技术还得依赖“向导RNA”的分子与Cas类别的蛋白质支持。目前发现的最有效的Cas蛋白质是Cas9。人们早就知道RNA是DNA传达信息的载体。在细胞中，Cas9为DNA分子准备好化学交互环境，然后促使RNA找到选中的DNA片段。RNA找到相应片段后引导Cas9进入DNA解开其双螺旋链，根据科学家的化学指令使这部分失去/加强工作能力或者切除所选基因。然后细胞的修复功能又使DNA的双螺旋结构恢复。

　　这一过程可轻易修改植物DNA而不改变其本质——除了变得更为可口、更有营养、更耐旱、上市更快、运输和机器收割更方便。无论公司大小，整个世界还是与外界隔绝的地区，都可利用CRISPR-Cas9技术。

　　在过去，靠碰运气的作物自然培育过程很费时间。第一次绿色革命之父伯劳格(Norman Borlaug)改良一种小麦品种用了几乎20年。利用CRISPR-Cas9技术我们可以把培育周期缩短至几天或几周。

　　个中原因部分在于如今我们能够以较低成本迅速处理、存储、比较巨量基因数据，于是科学家对细胞化学和基因的知识迅速增长，更重要的是许多作物的基因组数据库迅速膨胀。

　　理论上我们将对我们所喜爱的作物基因组了解得一清二楚，以至于能够替换每一个基因。基因组分类工作日新月异。堪萨斯州立大学研究人员已经对小麦21对染色体中的第一个也是最难的染色体进行了排序——一对染色体的复杂程度就远远超过整个水稻基因。他们说剩下20对染色体排序可在3年内完成，届时我们将完全掌握小麦基因组的知识。小麦是全球种植面积第三、蛋白质最丰富的农作物，是最多样化的食品和烹调原料。