高彩霞站在北京实验室内的CRISPR小麦田中
2019年7月29日，Science 杂志发表了题为《为喂饱14亿人口，中国在基因编辑上投下赌注》(To feed its 1.4 billion, China bets big on genome editing of crops)一文，系《CRISPR在中国》专题系列报道第一篇文章。文章介绍了中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究员在植物基因编辑领域的研究进展以及中国科学家、中国政府在基因编辑领域付出的巨大努力和取得的重要成绩；同时表达了中国科学家对尽早开放基因编辑作物进入农业生产第一线以保证中国粮食生产安全的强烈愿景。
在北京和美国北卡罗莱纳州的达勒姆市，人们总能在农作物旁看到一个同样的身影，那就是高彩霞。不熟悉的人会认为她是一个农民，但是高彩霞并不是一个农民，她是一位处于作物改良前沿领域的植物科学家。
在她位于北京的中国科学院（CAS）分院办公室的大厅里，有异常柔软的大米和富含脂肪的小麦，这些作物兼具真菌抗性。在温室里，有顽强的野生番茄品种结出的甜美果实，还有抗除草剂的玉米和土豆等常规农作物。在其他实验室里，还种植着莴苣、香蕉、黑麦草和草莓等新品种。
这些品种繁多的作物，过去传统的植物育种者一直在缓慢而艰苦地努力赋予它们梦寐以求的特性：使它们更加高产、更加耐寒、更富营养。但高彩霞利用基因组编辑工具CRISPR正以惊人的速度改进它们，这里俨然就是一个农作物的聚宝盆。
CRISPR是一种天然的细菌免疫系统，仅仅几年前在美国和欧洲的实验室里就变成了一个强大的基因组编辑工具。然而在今天，中国发表的与CRISPR相关的农业论文是排名第二的美国的两倍。
高彩霞的第一篇CRISPR文章是水稻的DNA编辑，水稻的基因组较小，约是人类基因组的八分之一。但是很快她们就将这一技术运用于基因组几乎是人类染色体的六倍的小麦中。
2013年8月，高彩霞的团队首次用CRISPR对植物DNA进行修改，这位50岁的研究人员此后发表了30多篇论文，介绍了如何使用基因组编辑器对各种作物进行基因编辑。2014年7月发表于Nature Biotechnology的文章中，该团队阐述了如何利用TALEN和CRISPR以及常规育种来抑制致使小麦产生白粉病的相关蛋白的生成。圣保罗明尼苏达大学的植物遗传学家Daniel Voytas评价高彩霞是一个“杰出的细胞生物学家，她很早就接触了CRISPR，而且刚刚赶上了潮流的顶峰。”
高彩霞团队在北京实验室附近的CRISPR水稻试验田
高彩霞并不是孤军奋战，在中国，她的团队只是研究CRISPR工程作物的20个团体之一。中国也在2017年将其研究扩展到了境外，当时中国化工集团（Chemchina）以430亿美元收购了总部位于瑞士的先正达（Syngenta），该公司是世界四大农业综合企业之一，拥有一支庞大的研发团队。这是中国在收购一家外国公司上花费的最多的一笔钱，这笔收购在政府、工业和学术界之间建立了一种亲密的关系，更确切的说是一种“管理者”的关系，最终可以将知识产权从大学实验室转移到公司。
先正达北京创新中心研究员张北表示，中国领导人希望在基因编辑方面进行战略性投资，借此跟上国际步伐，成为这个领域的全球领导者。
中国农业科学院前院长、农业部副部长李家洋指出，中国可能有一天需要CRISPR工程作物来为其庞大的人口提供足够的食物，我们必须依靠非常有限的自然资源养活14亿人。他和高彩霞同在中科院遗传与发育生物学研究所工作。“我们希望以最少量的化肥和农药获得最高产量、抗虫、抗病、抗旱、耐盐的超级品种。所有这一切意味着我们需要找到关键基因并进行进一步研究。”
然而，在这项努力的成果从实验室转移到农场和餐桌之前，中国需要解决如何监管CRISPR工程作物的问题，这在许多国家是一个分裂的问题。2018年在一项震撼农业的大型裁决中，一家欧洲法院裁定，此类作物是需要严格监管的转基因生物（GMO）。相比之下，美国农业部（USDA）免除了基因组编辑植物的转基因法规，只要不是通过转移其他物种的DNA而产生，而是通过诱导自然发生的突变或通过传统育种即可。中国消费者对转基因食品持谨慎态度。中国一向严格限制转基因作物的进口，中国唯一种植的转基因食品是木瓜，也只供国内消费。
无论中国监管最终的决定如何，始终都不能解决CRISPR自身的局限性，尤其是受多种基因影响的作物性状的变化，科学家们仍然需要应对这类挑战。但据预计，中国对CRISPR的重大学术和工业推动将在改进技术和新作物方面获得回报，特别是现在已经进行了如此巨大的投资，中国已经具备了在这些领域做出贡献和发现的基础。北卡罗来纳州罗利大学食品科学家Rodolphe先生表示，“中国政府在2016年发布的5年计划中支持植物的现代基因组编辑，中国已经计划已久，收购先正达就是该计划的一部分。”高彩霞团队的香米或者抗白粉病的小麦将很可能成为中国第一种推广的CRISPR作物。
目前，CRISPR的研究人员也在寻找更简单的方法，让基因组编辑器的组件(通常携带两个或两个以上的基因)穿过植物细胞壁。科学家们依靠基因枪来传输CRISPR载体。先正达可能有一个更为简便的的方式，其在北卡罗莱纳分部已经对玉米花粉进行了基因工程，将CRISPR机制传输到细胞中，在细胞中完成编辑后消失。
先正达利用CRISPR使一种能降解水果细胞壁的酶的基因失效，从而开发出一种可延长货架期的可编辑番茄（右图）。
如果中国监管机构真的为CRISPR工程食品敞开大门，那么从实验室到可以在商业农场上种植需要多长时间？
高彩霞笑而不语回答道：六个月！
图片来源：SCIENCE杂志
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