当粮食可以“定制”

本文转自：济南日报

“基因剪刀”打破国外垄断，让农作物长成“理想型”——

当粮食可以“定制”

科研人员观察幼苗的生长情况。成熟的高油酸大豆。

张金山是山东舜丰生物科技有限公司的一名博士。近年来，他与团队人员一直致力于基因编辑技术的研发。在该公司的分子实验室内，随处可见处于高度专注状态的研发人员。身着白大褂的张金山正站在设备前，手持试管观察着载体构建的情况。

金秋十月，山东舜丰生物科技有限公司迎来了万亩大豆的丰收期。收割机在金黄色的豆田中撒着欢儿，圆润饱满的大豆粒从收割机舱门倾泻而下……这是独属于秋天的丰收图景。

而对于该公司的科研人员来说，此刻的喜悦不仅在于收获，更凝聚着团队人员长期以来的科研结晶。是的，这万亩田野中种的不是普通的大豆，而是经过基因编辑后的“高油酸大豆”。大豆收割后，将很快被送往大豆油加工企业，从而进入市场。

“我们这个大豆的油酸含量能达到80%，是普通大豆的4倍！”舜丰生物张金山博士手持高油酸大豆油的小样，自豪地向济南日报记者介绍。

历时五年打破技术垄断

一瓶大豆油，凝聚着众多科研成果。时光倒流，从这瓶金灿灿的大豆油回到11年前。当时的基因编辑技术CRISPR/Cas9诞生，成为生命科学领域一项颠覆性的技术。

“以往，农作物的品种优化只能依靠常规育种、杂交等，这些传统的改良方法耗费时间长，随机性也非常大，会浪费大量的人力、物力和时间。”张金山介绍，相比之下，基因编辑就像编辑文档一样，科研人员可以准确地修改农作物的基因序列，让它们长成人们希望的样子。

“不同于转基因，基因编辑仅对作物自身基因进行修改，培育出的品种与常规育种是一样的。”张金山坦言，我国是农业大国，掌握了这项技术，对于种质资源创新和农业食品供应具有重要意义。

2018年，为了打破国外技术垄断，科研人员开始了艰巨的攻坚任务。舜丰生物为此组建了一支庞大的高精尖科研者团队。就拿张金山所在的这支队伍来说，20余名成员全部是生物科学博士学历。

经过五年的努力，舜丰生物终于攻克了基因编辑底层核心技术，冲破了CRISPR/ Cas9的技术垄断，成功研发出CRISPRCasSF01和CRISPRCasSF02这两把“基因剪刀”。

让“基因剪刀”更锋利

有了“基因剪刀”，团队人员开始尝试对大豆、水稻、小麦和玉米等作物的基因进行编辑，去强化那些人们希望它们具备的优点。

“比如说油酸是一种单不饱和脂肪酸，对心脑血管健康有益，我们就尝试去提高大豆的油酸含量；我们希望水稻更高产、同时耐除草剂；玉米如何降低株高、抗倒伏，或者增加它的淀粉含量……”

那么在这个对农作物进行“定制”的过程中，“基因剪刀”是如何工作的？

“这个是‘Cas蛋白酶’，它是自然界中原本就存在的，我们要做的是找到它、优化它，让它成为我们趁手的‘基因剪刀’。”在一个全息投影展示模型前，张金山指向蛋白酶上的一根“DNA链条”介绍：“这是蛋白酶的导航系统，它就像我们编辑文档时的光标，能定位到想要修改的DNA序列。”

这个过程听上去很简单，但其实这把“剪刀”的起初编辑效率并不理想，需要科研人员不断地去优化。“俗语说，砍柴得有把趁手的好刀。运气好的话，一种作物的优化至少需要半年的时间。”为了将这把“剪刀”磨得更锋利，团队的工作人员付出了大量的精力。结构解析、定点诱变、提高编辑效率，每一步都需要团队人员协作，并反复验证结果，再进行调整。从“国内首个”到形成产业化

然而工具优化好了，如何将这把“基因剪刀”递送到农作物的细胞内，也并不容易。

“我们利用‘农杆菌’这个‘快递员’，将工具‘派送’到细胞内。派送成功了，对基因的编辑也就开始了。”这名“快递员”是否派送成功，科研人员需要不断用测序仪进行检测。

“但事实上，大豆的递送效率并不高，也就只有30%，因此工作量非常大。”实验室的“大豆任务组”科研人员告诉记者，前期他们为了培养出足够多的大豆植株，十余名同事前前后后手工切了数十万粒豆子。

今年4月，团队人员培育出的高油酸大豆获得国内首个也是目前唯一一个基因编辑生物安全证书。如今，万亩高油酸大豆秋收，基因编辑技术成果真正转化成产品，形成产业化。

在实验室的人工气候室，记者看到了编辑成功并长成植株的各种农作物。这里的温度和湿度都是在智能调控下，不同作物在不同的光谱照耀下茁壮成长。而在中试熟化平台，近万平方米空间里，“高维C生菜”“稻香味玉米”……这里是另一片农作物竞赛场。科研人员需要在这里不间断地观察和比较，找出最优秀的那一株。

从实验室到田野，记者眼中的科研人员都有着类似的特质：专注、踏实、严谨，对科研有着一种近乎“痴迷”的状态。任何一项技术的研发过程都是与未知共舞、和失败相伴的漫长旅途。张金山说，在步步荆棘的路上，他们从未想过放弃，只因心中的那份坚守：“让科研成果真正写在大地上。”（济南日报融媒报道组王飞陈心如）

更多内容，请扫描二维码观看。